WO2017217682A1 - 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치 - Google Patents

표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치 Download PDF

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WO2017217682A1
WO2017217682A1 PCT/KR2017/005830 KR2017005830W WO2017217682A1 WO 2017217682 A1 WO2017217682 A1 WO 2017217682A1 KR 2017005830 W KR2017005830 W KR 2017005830W WO 2017217682 A1 WO2017217682 A1 WO 2017217682A1
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WO
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signal line
pixel electrode
touch
gate signal
display device
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PCT/KR2017/005830
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English (en)
French (fr)
Inventor
이성호
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주식회사지2터치
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0443—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a single layer of sensing electrodes

Definitions

  • the present invention relates to an integrated display device having display and touch functions.
  • the touch screen is an input device added to various display devices such as liquid crystal display (LCD), plasma display panel (PDP), organic light emitting diode (OLED), and active matrix organic light emitting diode (AMOLED).
  • LCD liquid crystal display
  • PDP plasma display panel
  • OLED organic light emitting diode
  • AMOLED active matrix organic light emitting diode
  • Touch screens which are touch input devices, are widely installed in mobile devices such as mobile phones, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), etc.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • DIDs digital information devices
  • a display device equipped with a touch screen takes a method of attaching a touch screen to an upper plate of the display device after separately manufacturing the display device and the touch screen. Since the display device and the touch screen are manufactured and attached separately, the display device having a separate touch screen is thicker than the thickness of the display device itself, and the brightness is darkened, so that visibility is reduced.
  • An embodiment of the present invention provides an integrated display device having a display function and a touch function by adding a touch screen function to the display device without a separate touch screen.
  • An embodiment of the present invention provides an integrated display device having a display function and a touch function that can remove or reduce the storage capacitor Cst to improve the sensitivity of the touch signal.
  • An embodiment of the present invention provides an integrated display device having a display function and a touch function that enables fingerprint recognition by touch in the entire display area.
  • An integrated display device having a display and touch function comprising: a plurality of pixels each including a first pixel electrode and a second pixel electrode; A plurality of first switches connecting or disconnecting the first pixel electrode and the second pixel electrode; And a drive IC controlling the first switches to alternately perform the display function and the touch function, wherein the drive IC turns on the first switches during a display period to control the first pixel electrode. And the second pixel electrode are connected, and the first switch element is turned off during the touch period to disconnect the first pixel electrode and the second pixel electrode.
  • the display period and the touch period may be alternated by a predetermined period by the drive IC.
  • the second pixel electrode may form a storage capacitor when connected to the first pixel electrode, and may not form the storage capacitor when disconnected from the first pixel electrode.
  • An integrated display device having the display and touch functions includes a plurality of gate signal lines; A plurality of source signal lines; And a plurality of second switches connected to the plurality of gate signal lines and the plurality of source signal lines.
  • the first switch and the second switch may be formed of the same mask.
  • the drive IC may simultaneously turn on gate signal lines connected to two or more pixels to form one enlarged touch sensor.
  • the gate signal line may further include an inverter connected to a previous gate line to turn on / off the first switch.
  • the front gate signal line may be a gate signal line positioned before the first gate signal line when the order of the gate signal lines is determined in a predetermined direction.
  • the apparatus may further include a converter that controls the output of the inverter regardless of the signal applied to the front gate signal line.
  • the drive IC may simultaneously turn on source signal lines connected to two or more pixels to form one enlarged touch sensor.
  • the inverter may further include an inverter connected to a previous source line to turn on / off the first switch.
  • the front end source signal line may be a source signal line located before the first source signal line when determining the order of the source signal lines in a predetermined direction.
  • the apparatus may further include a converter configured to control an output of the inverter regardless of a signal applied to the front end source signal line.
  • the drive IC may simultaneously turn on gate signal lines and source signal lines connected to two or more pixels to form one enlarged touch sensor.
  • An integrated display device having the display and touch functions may include at least one dummy gate signal line; And at least one dummy source signal line.
  • the dummy gate signal line may be formed outside the outermost gate signal line, and the dummy source signal line may be formed outside the outermost source signal line.
  • An integrated display device having a display and touch function comprising: a plurality of pixels each including a first pixel electrode and a second pixel electrode; A plurality of first switches connecting or disconnecting the first pixel electrode and the second pixel electrode; And a drive IC controlling the first switches to alternately perform the display function and the touch function, wherein the drive IC turns on the first switches during a display period to control the first pixel electrode. And the second pixel electrode are connected, and the first switch elements are turned off during the touch period to disconnect the first pixel electrode and the second pixel electrode, and the first pixel electrode is disconnected during the touch period. Fingerprint recognition may be performed.
  • the second pixel electrode may form a storage capacitor when connected to the first pixel electrode, and may not form the storage capacitor when disconnected from the first pixel electrode.
  • the drive IC may simultaneously perform fingerprint recognition on at least two fingers using the first pixel electrode during the touch period.
  • the fingerprint recognition may be performed in the entire display area in which the pixels are disposed.
  • the structure of the display device is simplified and the production cost of the display device is provided by providing a display device capable of performing the display function and the touch function without the addition of a separate touch screen and a touch driving chip. Is reduced.
  • the sensitivity of the touch signal may be improved by removing or reducing the storage capacitor Cst during the touch period, and fingerprint recognition by touch is possible in the entire display area of the display device.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a touch function in an integrated display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view illustrating a touch process performed on the driver 31 including a multiplexer of a touch screen implemented by a pixel according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a schematic view of a TFT substrate of an integrated display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 and 5 illustrate an embodiment of generating a storage capacitor in an LCD, which is an embodiment of a display device.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a structure for removing a storage capacitor Cst in an integrated display device having a display and touch function according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a circuit diagram for displaying an image by using the integrated display device illustrated in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a magnitude and a timing chart of a voltage of a gate signal line in an image display step of an integrated display device according to an exemplary embodiment of the present invention with reference to the circuit diagram shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit diagram of detecting a touch using the integrated display device illustrated in FIG. 6.
  • FIG. 10 is a diagram for further describing a process of detecting a touch in synchronization with an AC voltage applied to a parasitic capacitor.
  • FIG. 11 illustrates a fingerprint recognition using the integrated display device according to an exemplary embodiment of the present invention in more detail.
  • Embodiments of the present invention relate to an integrated display device having a display and a touch function, and simultaneously displays an image using a pixel of the display device and simultaneously performs a touch function of detecting a touch point. .
  • An integrated display device having a display and touch function includes a plurality of pixels that operate as a display component for displaying an image and as a touch detection sensor that determines whether a touch is present.
  • Fingerprint recognition may be performed using pixels of an integrated display device having a display and touch function according to an exemplary embodiment of the present invention. Fingerprint recognition is typically performed using one finger, but since the integrated display device of the present invention can recognize a plurality of touches at the same time, fingerprint recognition can also be configured to simultaneously perform multiple fingers.
  • Fingerprint recognition using pixels in an embodiment of the present invention is characterized in that fingerprint recognition is possible in all areas in which pixels of the integrated display device are arranged.
  • a fingerprint recognition method is performed by installing a separate element for recognizing a fingerprint in a specific area where pixels of the display device are not disposed.
  • the integrated display device can recognize a fingerprint by using pixels, it is not required to add an element for scanning a fingerprint.
  • fingerprint recognition is possible in all areas where pixels are disposed, rather than having to touch a finger with a specific area of the display device, fingerprint recognition of a user can be performed much faster and more accurately.
  • An embodiment of the present invention provides an integrated display device that performs an integrated function by adding a touch function, in which a separate touch screen is performed, to a pixel of a display device which originally displayed an image.
  • a subpixel refers to a minimum unit for forming a display image including red, green, or blue, and includes a plurality of unit pixels to determine the resolution of the display device. For example, in the case of an FHD display device, 1920 pixels by 1080 pixels are arranged (1920 X 1080 pixels). In the exemplary embodiment of the present invention, the unit pixel and the pixel are used as the same meaning.
  • a pixel narrowly means a pixel electrode of a TFT substrate, but broadly a color used to form an image other than a pixel electrode (e.g., in the case of an LCD display device). Filter). Therefore, the pixel and the pixel electrode may be used in the same sense.
  • the display device mentioned in the embodiment of the present invention is not limited to the display device driven in a particular manner, and includes all display devices including a pixel or a component that performs a function similar to the pixel. Specifically, it includes all LCDs using liquid crystals, such as a VA (Vertical Alignment) LCD, a TN LCD, and an IPS (In Plane Switching) LCD.
  • VA Vertical Alignment
  • TN LCD a TN LCD
  • IPS In Plane Switching
  • OLED organic light-emitting diode
  • PMOLED organic light-emitting diode
  • AMOLED organic light-emitting diode
  • MPEG2 MPEG-4, etc.
  • Configurations such as "units” described below are collections of unit function elements that perform specific functions.
  • an amplifier of a signal is a unit function element and an assembly of amplifiers or signal converters It can be called a signal converter.
  • ⁇ part may be included in larger component or “ ⁇ part” or may include smaller components and “ ⁇ part”.
  • the " ⁇ part” may include its own central processing unit (CPU) capable of processing a command or the like stored in a calculation function or a memory.
  • CPU central processing unit
  • Signal described in the embodiment of the present invention is data for transmitting arbitrary information, unless otherwise stated, and generically refers to voltage or current.
  • capacitor refers to physical size and is used in the same sense as “capacitance”.
  • capacitor refers to an element having a capacitance of physical size.
  • the compensation capacitor Cbal may be made by a design and manufacturing process inside the touch drive IC, or may be naturally generated between two adjacent sensor signal lines.
  • both a capacitor made directly and a capacitor formed naturally are referred to as "capacitors”.
  • the symbol C used as a symbol of the capacitor is used as a symbol for the capacitor and also represents a capacitance that is the size of the capacitor.
  • C1 is a symbol for a capacitor and also means that the capacitance of the capacitor is C1.
  • "forcing a signal” means that the level of a signal that has been kept in a certain state is changed.
  • applying a signal to an on / off control terminal of a switching device means that a conventional low level voltage (for example, ground voltage (zero volt) or a constant DC voltage or AC voltage) is high ( Hi) means to change to a level (e.g., a DC voltage or an AC voltage with an amplitude value greater than the low level voltage).
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a touch function for detecting a touch signal in an integrated display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the display device When performing a touch function as a touch screen according to an embodiment of the present invention, the display device includes a touch detection sensor 10, a touch detection sensor signal line 22, and a touch signal calculator 30.
  • the touch detection sensor 10, the touch detection sensor signal line 22, and the touch signal calculator 30 are named according to their functions.
  • a pixel of the display device functions as the touch detection sensor 10, and a source signal line of a TFT (Thin Film Transistor) connected to the pixel is connected to the touch detection sensor signal line 22. Perform the function.
  • TFT Thin Film Transistor
  • a pixel can mean a pixel electrode or in the case of an LCD display device a pixel can be a component comprising a common electrode and a color filter in the pixel electrode.
  • the touch signal calculator 30 may be integrated into a display device driving chip.
  • the touch signal generated from the pixel electrode, that is, the pixel, is extracted by the touch signal calculator 30 in the form of a coordinate on a rectangular coordinate system and transmitted to the host through the communication unit 46.
  • the touch signal calculator 30 includes a touch detector 14, a signal processor 35, a memory 28, a power supply 47, a CPU 40, a driver 31 including a multiplexer, a timing controller 33, An alternating voltage generation unit 42 and a communication unit 46 are included.
  • the driver 31 including the multiplexer MUX performs a multiplexing function of selecting one of the plurality of touch detection sensors 10, and isolates or precharges the touch detection sensor 10 to a high impedance state.
  • (Precharge) serves to output a change in voltage after a predetermined time after applying the voltage or the alternating voltage generated by the alternating voltage generation unit 42 is applied.
  • the signal processor 35 receives a signal output from the driver 31 and amplifies or processes the signal.
  • the signal processor may include an ADC, a DAC, or a comparator.
  • the memory 28 may temporarily store a result calculated by the signal processor or may store firmware required for the operation of the CPU 40.
  • the power supply 47 generates power required by the touch screen or the touch signal calculator 30 and delivers the power to each component.
  • the CPU 40 calculates touch coordinates based on the signal processed by the signal processor 35 or controls each unit element included in the touch signal calculator 30, and the timing controller is required by the calculator 30. It plays a role of generating a clock.
  • the alternating voltage generation unit 42 serves to generate an alternating voltage necessary for detecting the touch signal and may be included in the power supply unit 47.
  • the thumb and the index finger of the finger 100 are in contact with the touch detection sensor 10.
  • the user when touching for reuse, the user can perform fingerprint recognition by touching a finger on an arbitrary area of the display device on which the pixel is disposed, and unlocks the lock to display the display device. Can be used as is.
  • fingerprint recognition using two fingers is illustrated, but this is merely an example, and it is apparent to those skilled in the art that fingerprint recognition by two or more fingers is also possible.
  • the integrated display device of the present invention is capable of fingerprint recognition using pixels, it is not required to add an element for a separate fingerprint scan.
  • fingerprint recognition can be performed by touching a finger in an arbitrary region (specifically, the entire region in which the pixel is disposed) on which the pixel is disposed.
  • an arbitrary region specifically, the entire region in which the pixel is disposed
  • 6 ⁇ 5 is an example of the touch screen size, and the size is not limited thereto.
  • Another embodiment may include a touch screen having a size of 20 ⁇ 20 or 24 ⁇ 30.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a touch process executed by the driver 31 with respect to the touch screen of FIG. 1.
  • the multiplexer 230 is positioned between the switch 210 and the buffer 220.
  • the touch detection sensor 10 is connected to the multiplexer 230 by the touch detection sensor signal line 22.
  • one touch detection sensor 10 is selected by the multiplexer mux included in the driver 31, and specifically, (Row1, Col1), (Row1, Col2), (Row1, Col3) , (Row1, Col4), (Row1, Col5) can be selected and connected to the circuit of the driver.
  • FIG 3 is a schematic view of a TFT substrate of an integrated display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the TFT substrate includes six gate signal lines 340 [G1: G6], five source line 330 [S1: S5], and switching elements connected to the signal lines ( 320, and pixel electrodes 310.
  • the structure and driving principle of the TFT substrate of FIG. 3 will be apparent to those skilled in the art, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the source signal line 330 in FIG. 3 is a signal line for driving a sub pixel, and corresponds to the sensor signal line 22 in FIG. 1.
  • one touch detection sensor signal line 22 in FIG. 1 is individually connected to each touch detection sensor 10, a plurality of pixels are connected to one source signal line 330 in FIG. 3. There is a difference in that it is.
  • the touch detection process is the same in the touch detection sensor 10 of FIG. 1 or the TFT pixel of FIG.
  • the touch detection sensor 10 detects the touch signal in the direction crossing the touch detection sensor signal line 22 (the transverse direction in FIG. 1), the pixel electrodes in FIG. 3 also use the gate signal line ( The touch signal may be detected in the same manner by the time sharing method 340. Six pixel electrodes are physically connected to the source signal line S1.
  • the touch signal when detecting the touch signal, the touch signal can be detected in the same manner as the touch detection sensor signal lines 22 respectively connected to the respective touch detection sensors 10 in FIG. 1.
  • the pixel information is transferred and operated only to the pixels of the TFT connected to G1 by the Turn on signal of the gate signal line G1. Therefore, only the touch on the pixel connected to [S1: G1] is detected among the six pixels connected to the source signal line S1.
  • the touch of the pixel connected to [S1: G2] can be detected by the turn on signal of the gate signal line G2, and the touch of the pixel connected to [S1: G3] is detected by the turn on signal of the gate signal line G3.
  • the touch of the pixel connected to [S1: G6] can be detected by the turn-on signal of the gate signal line G6.
  • the integrated display device having the display and touch functions uses the pixel electrode or the pixel 310 of the display device as the touch detection sensor 10.
  • a pixel of a display device is used as an output device for displaying an image or an image.
  • the pixel operates a part of the time for displaying the image or the image as an input device that detects the touch signal, that is, the touch screen.
  • the present invention uses a pixel group formed by connecting a plurality of pixels as one touch detection sensor.
  • a plurality of pixels are connected to each other to form one enlarged touch detection sensor.
  • the plurality of gate signal lines in FIG. 3 may be turned on at the same time.
  • the gate signal lines G1 to G6 When the gate signal lines G1 to G6 are simultaneously turned on in the TFT substrate 300 of FIG. 3, six pixel electrodes or pixels connected to the source signal line S1 may be coupled to each other to operate as one touch detection sensor 10. will be. Similarly, a plurality of pixels connected to the source signal lines S2 to S5 may also be combined to operate as one touch detection sensor 10.
  • the S1 to S5 are configured in the same manner as one touch detection sensor 10 is individually connected.
  • Turning on the G1 to G6 at the same time is only one example of the present invention, and in practice, various numbers of gate signal lines may be simultaneously turned on as required, such as two gate signals to ten or 100.
  • an independent component capable of adjusting the number of gate signal lines turned on at the same time may be included.
  • a method of using a plurality of pixels as one touch detection sensor 10 by connecting a plurality of source signal lines may be included.
  • the plurality of pixels of G1 may operate as one enlarged touch detection sensor 10. Therefore, the same result as implementing the touch detection sensor having a large area as the number of pixels connected to G1 can be obtained.
  • connecting S1 to S5 at the same time is only one example, and a plurality of pixels are connected to each other regardless of the number of two to ten or 100 lamps to detect one enlarged touch. It can be used like the sensor 10.
  • the method of the first embodiment and the method of the second embodiment are used together.
  • the 30 pixels connected to G1 to G6 and S1 to S5 of FIG. 3 are connected to each other and have a large area. Acts as an enlarged touch detection sensor.
  • the voltage level of the gate signal line that is turned on at the same time when the gate signal line is all generated from the display drive chip is driven by the display device. Determined by the chip (drive IC). For example, when the gate signal lines G1 to G6 simultaneously output the turn-on voltage, all gate signal lines originate from the display drive chip, so the voltage levels of the G1 to G6 range from the display drive chip. Is determined and output.
  • G1 to G6 should simultaneously output a state of + 15V.
  • the voltage level of the other gate signal lines except for the gate signal lines that are turned on at the same time must maintain a turn-off voltage of -10V.
  • the voltage level of the gate signal line is the drive IC. It is determined from the GIP block mounted on one side of the display device rather than output from
  • GIP means that the gate elements are located inside the panel, not in the IC as shown in FIG. That is, when the output voltage of G1 to G6 of FIG. 3 is + 15V, which is the turn-on voltage, the display drive chip may control the G1 to G6 to output + 15V voltage to the GIP block through the GIP control signal line.
  • the GIP block provided at one side of the display device outputs the output voltage levels of G1 to G6 at + 15V based on these control signals.
  • an integrated display device having a display and touch function is an LCD
  • the LCD has a storage capacitor (Cst) to maintain a driving time of the liquid crystal.
  • FIG. 4 and 5 illustrate an embodiment of generating a storage capacitor in an LCD, which is a type of display device.
  • FIG. 4 shows a perspective view of an LCD display device.
  • the LCD shown in FIG. 4 includes three pixels 430, and only one Cst 440 is shown in FIG. 4, but in reality there is a Cst for each pixel.
  • One example of the storage capacitor is formed by overlapping a front gate signal line with a pixel electrode constituting a pixel.
  • a gate metal layer formed of a metal component such as copper, aluminum, molybdenum, or chromium may be formed on a top surface of a TFT substrate 500 such as glass or plastic. , 520.
  • the source layer 542 and the drain of the TFT are formed on the upper layer of the gate signal line by a source metal layer made of metal such as copper, aluminum, molybdenum, or chromium.
  • An electrode 541 is formed.
  • source signal lines 560 are formed on the same layer with the same source metal layer, and are protected by the passivation layer 550, and the source signal lines 560 are The image signal is transmitted to the pixel electrode 530.
  • the drain of the TFT 540 is connected to the pixel electrode to form Clc and Cst, and the liquid crystal reacts by the potential difference between the potential of the pixel electrode 530 and the common electrode to form image quality.
  • the storage capacitor of FIGS. 4 and 5 is noise that weakens the magnitude of the touch signal detected in the pixel. Works. Therefore, when using a pixel as a touch screen for touch detection, in order to increase the touch signal, it is necessary to reduce or eliminate the size of the storage capacitor Cst.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a structure for removing a storage capacitor Cst in an integrated display device having a display and touch function according to the present invention.
  • one pixel (or one pixel electrode) displaying an image or an image includes a first pixel electrode 640 that does not participate in the storage capacitor formation and a second pixel electrode that participates in the storage capacitor formation. 650.
  • the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 are connected to operate as one pixel (or one pixel electrode). However, when performing the touch function, the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 are separated, so that only the first pixel electrode 640 operates as a touch detection sensor.
  • a pixel is simultaneously operated as a touch detection sensor as a display component. Therefore, the operation period of the pixel is composed of a display period that acts as a display component and a touch period that acts as a touch detection sensor.
  • the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 are connected to operate as one pixel electrode.
  • the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 are separated from each other so that only the first pixel electrode 640 operates as the touch detection sensor.
  • the first pixel electrode 640 displaying the image and the second pixel electrode 650 forming the Cst are formed of the same mask and positioned in the same layer.
  • the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 are connected in the display period, but are separated from each other in the touch period to remove the storage capacitor Cst.
  • the integrated display device includes a means for connecting and disconnecting the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650.
  • a means for connecting and disconnecting the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 is the storage capacitor Cst on / off switch 660 present between the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650.
  • the storage capacitor Cst on / off switch 660 is the same switch as the switch 630 which transfers source data to the pixel electrode and is connected to the gate signal line.
  • the switch 660 that connects and disconnects the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 is referred to as a storage capacitor Cst on / off switch.
  • the storage capacitor Cst on / off switch 660 is simultaneously formed when the TFT switch 630 is formed.
  • the Cst control signal is connected to the gate of the storage capacitor Cst on / off switch 660 and the storage capacitor Cst on / off switch 660 is turned on or turned on according to the voltage level of the Cst control signal. Turned off.
  • the storage capacitor Cst on / off switch 660 is turned on, the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 are connected to each other.
  • the storage capacitor Cst on / off switch 660 when the storage capacitor Cst on / off switch 660 is turned off, the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 are separated from each other. In the display period, the second pixel electrode 650 forms a storage capacitor with the front gate signal line 625. However, when the first pixel electrode 640 and the second pixel electrode 650 are separated from each other in the touch period, the first pixel electrode 640 is not affected by the storage capacitor Cst.
  • the storage capacitor Cst on / off switch may be turned off to remove the storage capacitor present in the pixel.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of a circuit diagram for driving the integrated display shown in FIG. 6. Referring to FIG. 7, it is apparent to those skilled in the art that the gate signal line is sequentially turned on and the pixel voltage is applied to the source signal line in synchronization with the gate signal line in order to display an image on the pixel.
  • the first pixel electrode (eg, 750-1) and the second pixel electrode (eg, 760-1) should be connected to each other, and thus the storage capacitor Cst on / off switch (eg, 740-1). ) Should be turned on.
  • first pixel electrode connected to the source signal line S4 and the gate signal line G1 is numbered 750-1, but the remaining first pixel electrodes connected to the gate signal line G1 should also be recognized as having the same reference numeral. That is, it should be understood that the four first pixel electrodes connected to the source signal lines S1 to S4 and the gate signal line G1 are numbered 750-1.
  • the second pixel electrode is numbered 760-1 in the source signal line S4 and the dummy gate signal line Gdummy, four second pixel electrodes connected to the source signal lines S1 through S4 and the dummy gate signal line Gdummy are referred to in reference numeral 760. It should be understood to be numbered -1.
  • first pixel electrode for example, 750-1
  • second pixel electrode for example, 760-1
  • first gate signal line 720-1 the first gate signal line 720-1.
  • Four pixel electrodes four pixel electrodes-1 (750-1) connected to the source signal lines S1 through S4) connected to the four second pixel electrodes (four pixel electrodes-2 connected to the source signal lines S1 through S4). It is to be understood that it is connected to (760-1).
  • all four storage capacitors Cst on / off switches numbered 740-1 are turned on.
  • the turn on or turn off of the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 is turned on or turned off from the display drive chip to drive the display or display. off) signal.
  • the gate terminal of the storage capacitor Cst on / off switch is connected to the output terminal of the inverter 730-1.
  • the input terminal of the inverter 730-1 is connected to the front gate signal line. That is, since the gate terminal of the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 is connected to the output signal of the inverter 730-1, the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 is applied to the front gate signal line. It is driven by a voltage signal opposite to the voltage signal.
  • the gate signal lines are turned on in time division. That is, the gate signal lines G1 720-1 are turned on and all other gate signal lines are turned off.
  • the gate signal line G1 720-1 is turned on, after the image data (source data) is applied to a pixel connected to the gate signal line G1 720-1, the first gate signal line is turned off.
  • the gate signal lines G1 720-1 are turned off. Thereafter, the gate signal line G3 720-3 is turned on and the gate signal line G2 720-2 is turned off.
  • the gate signal line G1 720-1 is turned on in the step of displaying an image on the pixel, all the TFT switches 770-1 connected to the gate signal line G1 720-1 are turned on, and the turned-on TFT switch is turned on. All of the storage capacitors Cst on / off switch 740-1 connected to are also turned on so that the second pixel electrode 760-1 is connected to the first pixel electrode 750-1.
  • the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 when the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 is a switch having the same turn on or turn off characteristics as the TFT switch 770-1. For this reason, the voltage applied to the gate of the storage capacitor Cst on / off switch should also be the same as the turn on voltage applied to the gate of the TFT switch 770-1. This voltage is an inverter connected to the front gate signal line 720-dummy. Supplied at 730-1.
  • the inverter 730-1 receives the voltage of the gate signal line signal line as an input and reverses the polarity of the input voltage. If the turn-on voltage of the TFT switch 770-1 or the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 is 15V and the turn-off voltage is -10V, the voltage of the gate signal line is 15V, which is the turn-on voltage. The inverter 730-1 which receives this as an input outputs -10V.
  • the inverter 730-1 which receives this as an input outputs + 15V.
  • the gate signal line G1 720-1 is turned on in the display section displaying the image, the front gate is turned on to turn on the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 interlocked with the gate signal line G1 720-1.
  • a signal line is required, and a separate dummy gate line 720-dummy is added for this purpose.
  • the dummy gate signal line 720-dummy provides a voltage for turning on the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 when the gate signal line G1 720-1 is turned on to output an image.
  • the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 interlocked with the gate signal line 1 (G1) 720-1 must be turned on, so the dummy gate signal line 720-dummy cannot turn off the voltage in the turn-off state. It must be maintained.
  • the inverter 740-1 receiving the signal of the dummy gate signal line 720-dummy outputs a turn on voltage of +15 V, which causes the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 to turn off.
  • the on-state state will be maintained and the first pixel electrode 750-1 and the second pixel electrode 760-1 can be connected to each other to display an image or an image.
  • the dummy gate signal line 720-dummy may output a voltage in a turn-off state of the storage capacitor Cst on / off switch.
  • the first gate signal line G1 720-1 remains turned off and the second gate signal line G1 720-1 is turned off.
  • Gate signal line G2 720-2 is turned on.
  • the front gate signal line of the second gate signal line G2 720-2 is the first gate signal line G1 720-1 and the first gate signal line G1 720-1 Since the inverter is turned off, the inverter 730-2 connected to the first gate signal line G1 720-1 outputs a turn-on voltage, and the storage capacitor Cst on / off switch interlocks with the second gate signal line G2 720-2. Will be turned on.
  • the pixel connected to the second gate signal line G2 720-2 is connected to the second gate signal line G2 720-2. Even when is turned off, the liquid crystal voltage is maintained by the voltage generated due to the charge accumulated in the second pixel electrode 760-2, so that a normal image can be represented.
  • the inverter may be installed on a gate in panel (GIP) 780 provided at one side of the display device.
  • GIP gate in panel
  • the inverter also has the same configuration as the TFT switch 770-1 or the storage capacitor Cst on / off switch 740-1, and the TFT switch 770-1 or the storage capacitor Cst on / off switch 740-1 is formed. When formed as.
  • the gate signal line of the TFT or the Cst on / off switch is formed, the gate signal line of the inverter is formed, and when the source terminal or the drain terminal of the TFT or Cst on / off switch is formed, the source terminal or the drain terminal of the inverter is the same. Is formed.
  • the inverter has the same structure as the TFT switch of FIG. It is preferable that the inverter has a resistance component at the source terminal. As is well known to those skilled in the art, it is because it is easy to configure the inverter by inserting a resistor into the source terminal of the CMOS or the collector terminal of the transistor.
  • the present invention does not require a separate mask for manufacturing the inverter.
  • FIG. 7 using four gate signal lines and four source signal lines is only one embodiment for describing the present invention, and may actually include thousands of gate signal lines and thousands of source signal lines. It is true.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a magnitude and a timing chart of a voltage of a gate signal line in an image display step of an integrated display device according to an exemplary embodiment of the present invention with reference to the circuit diagram shown in FIG. 7.
  • the dummy gate signal line 720-dummy always maintains a low voltage in displaying an image on the display device of the present invention.
  • the previous gate line always remains low, and the inverter connected to the previous gate signal line outputs a high state.
  • the storage capacitor Cst on / off switch connected to the inverter is turned on.
  • the image electrode-1 and the image electrode-2 display an image while they are connected.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit diagram of detecting a touch using the integrated display device illustrated in FIG. 6.
  • the touch detection method of the display device incorporating the touch screen function according to the embodiment of the present invention has been discussed above that an enlarged touch detection sensor that combines a plurality of pixels into one can be used.
  • a plurality of gate signal lines are turned on and a plurality of source signal lines are turned on at the same time to connect a plurality of pixels to form an enlarged touch detection sensor.
  • the second gate signal line G2 920-2 and the third gate signal line G3 920-3 are turned on, and the first source signal line S1 910-1 and the second source signal line S2 910-2 are turned on. ) Can be connected at the same time to form an enlarged touch detection sensor.
  • the display step of displaying an image on the pixel may be completed or may include a touch detection section that detects touch by allocating some time during the period of displaying the image on the pixel.
  • the first source signal line S1 910-1 and the second source signal line S2 910-2 are separated in the step of displaying an image using pixels, but the first source signal line S1 is detected in the step of detecting a touch using a pixel. 910-1 and the second source signal line S2 910-2 are combined together.
  • the first source signal line S1 910-1 and the second source signal line S2 910-2 may be coupled in the display device or may be coupled in the display device drive chip.
  • the combined first source signal line S1 910-1 and second source signal line S2 910-2 are connected to the driving unit 31 of FIGS. 1 and 2 to detect a touch signal.
  • the storage capacitor Cst on / off switch connected to the third gate signal line G3 920-3 is turned off. . Since the storage capacitor Cst is turned off, the storage capacitor Cst formed on the third gate signal line G3 920-3 is not formed.
  • the storage capacitor Cst on / off switch 940-2 interlocked with the second gate signal line G2 920-2 is turned on.
  • the storage capacitor Cst on / off switch 940-2 When the storage capacitor Cst on / off switch 940-2 is turned on, the pixel electrode-1 950-2 and the pixel electrode-2 960-2 connected to the second gate signal line G2 920-2 are mutually connected. The storage capacitor Cst is connected. The formed storage capacitor Cst acts as noise during touch detection, thereby lowering touch sensitivity.
  • the first gate signal line (here, the second gate signal line G2 920) of the gate block (in this case, the second gate signal line G2 920-2 and the third gate signal line G3 920-3) turned on at the same time. It is necessary to remove the storage capacitor Cst that is interlocked with (2)).
  • the order of the gate signal lines in FIG. 9 can be determined by the distance from the driving touch IC.
  • the gate signal line located farthest becomes the first gate signal line and increases in order.
  • FIG. 9 illustrates a front gate signal line of a first gate signal line of a plurality of gate signal lines turned on when a plurality of gate signal lines are simultaneously turned on when a pixel of an integrated display device uses a touch detection sensor. This is to solve the problem that the pixel electrode-1 and the pixel electrode-2 are not separated while the gate line is low.
  • the first gate signal line of FIG. 9 does not mean an order of a specific gate signal line, but rather a previous gate signal line of a gate signal line turned on at the same time.
  • the first gate signal line G1 is the front gate signal line (Previous Gate line) of the gate signal line (here, the second gate signal line G2 920-2) starting from 2) and the third gate signal line G3 920-3.
  • the 99th gate signal line G99 when the 100th gate signal lines G100 to 200th gate signal line G200 are turned on at the same time, that is, when the gate blocks G100 to G200 are turned on simultaneously are formed. Is the front gate signal line from above.
  • the converter further includes converters 990-1 through 990-3 to remove the storage capacitor Cst formed in association with the front gate signal line.
  • the converter receives a control signal separate from the voltage level of the front gate signal line as an input signal and outputs a low voltage to the storage capacitor Cst switch connected to the converter.
  • the input signal of the converter receives a control signal separate from the level of the voltage of the front gate signal line, but the converter turns off the storage capacitor Cst switch connected according to the separate control signal regardless of the voltage of the front gate signal line G1. It can be configured to. In other words, the converter is configured to control the output of the inverter to turn off the storage capacitor Cst switch regardless of the signal applied to the front gate signal line.
  • the output of the converter is high and the control signal is low when the separate control signal input to the converter is high regardless of whether the voltage level of the front gate signal line is Hi or Low.
  • the output of the converter can be configured to be low.
  • the integrated display device may further include means for controlling the voltage of the front gate signal line of the gate group that is turned on at the same time in the touch detection period (eg, a converter).
  • means for controlling the voltage of the front gate signal line of the gate group that is turned on at the same time in the touch detection period eg, a converter.
  • Such control means may include an inverter, a comparator, gates for implementing various logic states, such as an OR gate and an AND gate, and an OPAMP.
  • Such control means may be simultaneously manufactured with a mask for manufacturing a TFT switch or a storage capacitor Cst on / off switch.
  • the control signal of the converter may be applied in the GIP (eg, GIP 780 of FIG. 7) of the display device.
  • a clock required to generate a control signal generated by the GIP may be transmitted from the display driver IC to the GIP.
  • the step of displaying an image and the step of detecting a touch may be performed at the same time.
  • the touch detection system is complicated because the touch must be detected based on an image voltage applied to an individual pixel (each unit pixel), that is, a voltage applied to a source signal line.
  • the voltage applied to the pixel for detecting the touch on the plurality of pixels is the same voltage as the voltage applied to the pixel for displaying the image, it is impossible to distinguish the touch signal from the signal for displaying the image.
  • the period in which the touch is detected using the pixel of the integrated display device according to the exemplary embodiment of the present invention is preferably set separately from the period in which the image is displayed using the pixel.
  • the present invention can detect a touch after displaying an image on a pixel.
  • the 100th gate signal lines G100 to 200th gate signal line G200 are formed at the same time.
  • the above-mentioned method is configured to display an image after the touch detection section in the driving section of the pixel.
  • a plurality of pixels (hereinafter referred to as pixel touch detection units) interconnected to detect a touch are connected to the driving unit 31 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the pixel touch detector connected to the driver 31 may detect a touch in synchronization with an AC voltage applied to a capacitor connected to the driver 31 or a parasitic capacitor formed between a plurality of source signal lines for touch detection.
  • FIG. 10 is a diagram for further describing a process of detecting a touch in synchronization with an AC voltage applied to a parasitic capacitor. 10 is a view showing only a source signal line and a gate signal line except for pixels and various switches.
  • FIG. 10 a plurality of source signal lines are interconnected to detect a touch.
  • a description of a process of forming an enlarged touch detection sensor by turning on a plurality of source signal lines simultaneously and interlocking the plurality of pixels is similar to that of FIG.
  • FIG. 10 four source signal lines are interconnected and may be configured in various ways such as 10 or 20 or 100.
  • an alternating AC voltage is used, and a representative waveform is a square wave.
  • a parasitic capacitor existing between SS2 and S1 and a parasitic capacitor existing between SS2 and SS3 are used.
  • alternating AC voltages must be applied to S1 and SS3 on the left and right sides of SS2, so that the touch cannot be detected on the signal lines on the left and right sides of the touch detection signal line (SS2 here).
  • a part of interconnected source signal lines for detecting a touch detects a touch and an alternating AC voltage is applied to the part.
  • an alternating AC voltage is applied to the even-numbered interconnected source signal lines SS2 and SS4.
  • an alternating AC voltage is applied to the odd-numbered interconnected signal lines.
  • the dummy signal line may be further included on the left or right side of the source signal line positioned at the leftmost or rightmost side of the display device, such as S1 and S14.
  • It further includes a dummy signal line interconnected in one or a plurality of lines, such as one, two, or three lines, to form a parasitic capacitor between the touch detection sensors formed using adjacent pixels, thereby improving touch sensitivity.
  • a dummy signal line interconnected in one or a plurality of lines, such as one, two, or three lines, to form a parasitic capacitor between the touch detection sensors formed using adjacent pixels, thereby improving touch sensitivity. Can be configured to obtain.
  • the added dummy signal line may be a dummy signal line used only for touch detection.
  • the source signal line for transmitting the image signal can also be used as the dummy signal line.
  • the dummy signal line may include at least one dummy gate signal line.
  • the dummy gate signal line may be formed outside the outermost gate signal line.
  • the outer side of the outermost gate signal line refers to the front end of the first gate signal line and the rear end of the last gate signal line.
  • the dummy gate signal line may be a G6 signal line if it is assumed that the Gdummy signal line and the last gate signal line positioned in front of the first gate signal line are the G5 signal line.
  • the dummy source signal line may be formed outside the outermost source signal line.
  • the outer side of the outermost source signal line refers to the left end of the first source signal line S1 and the right end of the rightmost source signal line S14.
  • FIG. 11 illustrates a fingerprint recognition using the integrated display device according to an exemplary embodiment of the present invention in more detail. 11 is for explaining the fingerprint recognition process of the finger more clearly.
  • the plurality of pixels 1100 illustrated in FIG. 11 operate as at least one or more touch detection sensors.
  • FIG. 1 illustrates an enlarged view of a touch detection sensor or a pixel
  • FIG. 11 illustrates a scale of a finger and a touch pixel in order to more clearly describe a fingerprint recognition process.
  • the size of the pixel 1100 varies depending on the resolution of the display device, the size of the pixel 1100 is generally several tens of um, and since the distance between the ridge of the fingerprint and the ridge of the human finger has a size of 100 ⁇ m or more, the fingerprint using the pixel 1100 is used. Sensing is possible.
  • the thumb recognizes the fingerprint of the thumb by cooperating the plurality of pixels represented by the region 1110 to recognize the pattern of the fingerprint, and the index finger is indicated by the plurality of regions indicated by the region 1120. Pixels cooperate to recognize the fingerprint pattern to recognize the fingerprint of the index finger.
  • the plurality of pixels cooperating to recognize the pattern of the fingerprint means that the touch capacitance value formed between each pixel and the region where the fingerprint is formed varies according to the pattern of the fingerprint.
  • the fingerprint of the thumb can be scanned by calculating the touch capacitance values of the plurality of pixels belonging to the region 1100, and the fingerprint of the index finger can be scanned by calculating the touch capacitance values of the plurality of pixels belonging to the region 1120. have.
  • the fingerprint scan may be performed by mapping and plotting touch capacitance values detected in the pixels included in the region 1100 or the region 112.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications or changes may be made without departing from the technical gist of the present invention. It is self-evident to one.

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Abstract

본 발명은 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치는, 제1 화소 전극과 제2 화소 전극을 각각 포함하는 다수의 화소들; 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 또는 연결 해제하는 다수의 제1 스위치들; 및 상기 제1 스위치들을 제어하여, 상기 표시 기능과 상기 터치 기능을 교번적으로 수행하는 드라이브 IC 를 포함하되, 상기 드라이브 IC는, 표시 기간 동안, 상기 제1 스위치들을 온시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결하고, 터치 기간 동안, 상기 제1 스위치 소자들을 오프시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 해제할 수 있다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예와 다른 실시예들도 포함한다.

Description

표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치
본 발명은 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에 관한 것이다.
터치 스크린은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등과 같은 여러 표시장치 위에 부가되는 입력장치(Input device)로서, 손가락이나 터치펜 등의 물체가 터치 스크린에 접촉될 때 이를 입력신호로 인식하는 장치이다.
터치 입력장치인 터치 스크린은 휴대폰(mobile phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 등과 같은 모바일 기기에 많이 장착되고 있으며, 그 밖에도 네비게이션, 넷북, 노트북, DID(Digital Information Device), 터치입력 지원 운영체제를 사용하는 테스크탑 컴퓨터, IPTV(Internet Protocol TV), 군용장비 등 전 산업분야에 걸쳐 폭넓게 이용되고 있다.
터치스크린이 구비된 표시장치는 표시장치와 터치스크린을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치스크린을 부착하는 방법을 취한다. 표시장치와 터치스크린을 별도로 제조하여 부착하기 때문에, 별도의 터치스크린을 갖는 표시장치는 표시장치 자체의 두께보다 두꺼워지며 밝기가 어두워져 시인성이 저하된다.
터치스크린이 표시장치의 상판에 실장되는 구조는, 표시장치의 여러 구동신호와 터치스크린의 터치 신호간에 간섭 현상이 발생하여, 표시장치의 성능뿐만 아니라 터치스크린의 성능이 저하된다.
표시장치를 구동하는 표시장치 구동 칩(drive IC) 과 터치스크린을 구동하는 터치 구동 칩(drive IC) 을 별도로 구비하여야 하므로, 제품의 가격이 상승하며, 생산공정이 복잡해진다.
본 발명의 실시예는 별도의 터치스크린 없이 표시장치에 터치스크린 기능을 부가하여 표시기능과 터치기능을 갖는 통합 표시장치를 제공한다.
본 발명의 실시예는, 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하거나 저감시켜 터치신호의 감도를 향상시킬 수 있는 표시기능과 터치기능을 갖는 통합 표시장치를 제공한다.
본 발명의 실시예는, 디스플레이 전체 영역에서 터치에 의한 지문 인식이 가능한 표시기능과 터치기능을 갖는 통합 표시장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에 있어서, 제1 화소 전극과 제2 화소 전극을 각각 포함하는 다수의 화소들; 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 또는 연결 해제하는 다수의 제1 스위치들; 및 상기 제1 스위치들을 제어하여, 상기 표시 기능과 상기 터치 기능을 교번적으로 수행하는 드라이브 IC 를 포함하되, 상기 드라이브 IC는, 표시 기간 동안, 상기 제1 스위치들을 온시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결하고, 터치 기간 동안, 상기 제1 스위치 소자들을 오프시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 해제할 수 있다.
상기 표시 기간과 상기 터치 기간은, 상기 드라이브 IC에 의해, 사전에 설정된 주기로 교번될 수 있다.
상기 제2 화소 전극은, 상기 제1 화소 전극과 연결시, 스토리지 커패시터를 형성하고, 상기 제1 화소 전극과 연결 해제시, 상기 스토리지 커패시터를 형성하지 않을 수 있다.
상기 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치는, 다수의 게이트 신호선들; 다수의 소스 신호선들; 및 상기 다수의 게이트 신호선들과 상기 다수의 소스 신호선들에 연결되는 다수의 제2 스위치들을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는, 동일한 마스크로 형성될 수 있다.
상기 드라이브 IC는, 2 개 이상의 화소들에 연결된 게이트 신호선들을 동시에 턴 온 시켜서, 1 개의 확대된 터치 센서를 형성할 수 있다.
상기 동시에 턴 온 되는 게이트 신호선들 중, 전단 게이트 신호선(previous gate line)에 연결되어, 상기 제1 스위치를 턴 온/오프시키는 인버터(Inverter)를 더 포함할 수 있다.
상기 전단 게이트 신호선은, 사전에 설정된 특정 방향에서 상기 게이트 신호선들의 순서를 결정할 때, 제1 게이트 신호선 보다 앞에 위치하는 게이트 신호선일 수 있다.
상기 전단 게이트 신호선에 인가된 신호에 관계없이 상기 인버터의 출력을 제어하는 변환기를 더 포함할 수 있다.
상기 드라이브 IC는, 2 개 이상의 화소들에 연결된 소스 신호선들을 동시에 턴 온 시켜서, 1 개의 확대된 터치 센서를 형성할 수 있다.
상기 동시에 턴 온 되는 소스 신호선들 중, 전단 소스 신호선(previous source line)에 연결되어, 상기 제1 스위치를 턴 온/오프시키는 인버터(Inverter)를 더 포함할 수 있다.
상기 전단 소스 신호선은, 사전에 설정된 특정 방향에서 상기 소스 신호선들의 순서를 결정할 때, 제1 소스 신호선 보다 앞에 위치하는 소스 신호선일 수 있다.
상기 전단 소스 신호선에 인가된 신호에 관계없이 상기 인버터의 출력을 제어하는 변환기를 더 포함할 수 있다.
상기 드라이브 IC는, 2 개 이상의 화소들에 연결된 게이트 신호선들과 소스 신호선들을 동시에 턴 온 시켜서, 1 개의 확대된 터치 센서를 형성할 수 있다.
상기 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치는, 적어도 하나의 더미 게이트 신호선; 및 적어도 하나의 더미 소스 신호선을 더 포함할 수 있다.
상기 더미 게이트 신호선은, 최외곽의 게이트 신호선의 바깥쪽에 형성되고, 상기 더미 소스 신호선은, 최외곽의 소스 신호선의 바깥쪽에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에 있어서, 제1 화소 전극과 제2 화소 전극을 각각 포함하는 다수의 화소들; 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 또는 연결 해제하는 다수의 제1 스위치들; 및 상기 제1 스위치들을 제어하여, 상기 표시 기능과 상기 터치 기능을 교번적으로 수행하는 드라이브 IC 를 포함하되, 상기 드라이브 IC는, 표시 기간 동안, 상기 제1 스위치들을 온시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결하고, 터치 기간 동안, 상기 제1 스위치 소자들을 오프시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 해제하고, 상기 터치 기간 동안, 상기 제1 화소 전극을 이용하여 지문 인식을 수행할 수 있다.
상기 제2 화소 전극은, 상기 제1 화소 전극과 연결시, 스토리지 커패시터를 형성하고, 상기 제1 화소 전극과 연결 해제시, 상기 스토리지 커패시터를 형성하지 않을 수 있다.
상기 드라이브 IC는, 상기 터치 기간 동안, 상기 제1 화소 전극을 이용하여, 적어도 2 개 이상의 손가락에 대해 동시에 지문 인식을 수행할 수 있다.
상기 지문 인식은, 상기 화소들이 배치된 디스플레이 영역 전체에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 별도의 터치스크린 및 터치 구동 칩(drive IC) 의 부가 없이 표시 기능과 터치 기능을 수행할 수 있는 표시장치를 제공함으로써 표시장치의 구조가 간단해지고 표시장치의 생산원가가 절감된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 터치 기간 동안, 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하거나 저감시켜 터치신호의 감도를 향상시킬 수 있고, 표시 장치의 디스플레이 영역 전체에서, 터치에 의한 지문 인식이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치에서 터치 기능을 수행하는 블록도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화소에 의해 구현되는 터치스크린의 멀티플렉서를 포함하는 구동부(31)에 실행되는 터치과정을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치의 TFT 기판(TFT Plate)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 표시장치의 일 실시예인 LCD에서 스토리지 커패시터의 생성에 관한 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에서 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하기 위한 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 통합 표시 장치를 이용하여 화상을 디스플레이하는 회로도의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 회로도를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시 장치의 이미지 표시단계에서의 게이트 신호선의 전압의 크기 및 동작순서(Timing chart)를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 6에 도시된 통합 표시 장치를 이용하여 터치를 검출하는 회로도의 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 기생 커패시터에 인가되는 교류 전압에 동기하여 터치를 검출하는 과정을 더 상세하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시 장치를 이용한 지문 인식을 더 상세하게 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 첨부된 각각의 도면에서 동일한 컴포넌트에 대하여는 별도의 도면 번호를 부여하지 않지만, 동일한 도면번호를 갖는 것으로 인식될 수 있다. 예를 들어, 도 1 에서 (ROW1, COL1)의 터치 검출센서만 도면 번호(10)으로 넘버링 되어 있으나, 도 1에 도시된 30개의 터치 검출센서 각각이 도면 번호(10)으로 넘버링 된 것으로 인식되어야 한다.
유사하게 (ROW1, COL1)의 터치 검출센서에 연결된 터치검출 신호선만이 도면 번호(22)으로 넘버링 되어 있으나, 도 1에 도시된 각각의 터치검출 신호선 각각이 도면 번호(22)로 넘버링 된 것으로 인식되어야 한다. 이와 같이, 도면에서 각 컴포넌트에 대한 도면 번호 넘버링 규칙은 나머지 도면에서도 동일하게 적용된다.
본 발명의 실시예는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치에 관한 것으로서, 표시장치의 화소(Pixel)를 이용하여 화상(Image)을 디스플레이 하는 것은 물론이고 터치 지점을 검출하는 터치 기능을 동시에 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치는 화상(image)을 표시하는 디스플레이 컴포넌트로서 동작하고 그리고 터치 여부를 판단하는 터치 검출센서로서 동작하는 복수개의 화소를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치의 화소를 이용하여 지문인식을 수행할 수 있다. 지문인식은 통상적으로 하나의 손가락을 이용하여 수행하나, 본원 발명에서의 통합 표시장치에서는 복수개의 터치를 동시에 인식하는 것이 가능하므로, 지문인식도 여러 개의 손가락을 동시에 수행하도록 구성될 수 있다.
복수개의 손가락에 대하여 동시에 지문인식을 수행함으로써 생체 인식의 오류를 최소화할 수 있고, 사용자의 표시장치의 보안에 대한 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에서의 화소를 이용한 지문 인식은 통합 표시장치의 화소가 배치된 전 영역에서 지문인식이 가능한 것을 특징으로 한다. 종래의 표시장치의 지문인식 방식은 표시장치의 화소가 배치되지 않은 특정 영역에 지문을 인식하기 위한 별도의 소자를 설치하여 지문인식을 수행한다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시 장치는 화소를 이용하여 지문 인식이 가능하기 때문에, 별도의 지문 스캔을 위한 소자의 추가가 요구되지 않는다. 또한, 표시장치의 특정 영역에 손가락을 접촉시켜야 하는 것이 아니라 화소가 배치된 전 영역에서 지문인식이 가능하기 때문에, 사용자의 지문 인식이 훨씬 빠르고 정확하게 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예는 원래 화상을 디스플레이하던 표시 장치의 화소(pixel)에 별도의 터치스크린이 수행되던 터치 기능을 부가하여 통합 기능을 수행하는 통합 표시장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에서 단위 화소(Sub Pixel)라 함은 Red, Green 또는 Blue를 포함하여 디스플레이 화상을 형성하는 최소단위를 지칭하는 것으로, 복수개의 단위 화소를 포함하여 디스플레이 디바이스의 해상도를 결정한다. 예를 들어, FHD 디스플레이 디바이스의 경우에 가로 1920개 세로 1080개 화소가 배열되어 있다(1920 X 1080개 화소). 본 발명의 실시예에서 단위 화소와 화소는 동일한 의미로 사용된다.
본 발명의 실시예에서 화소는 좁게는 TFT 기판의 화소 전극(pixel electrode)을 의미하지만, 넓게는 화소 전극 이외에 다른 컴포넌트 (예, LCD 디스플레이 디바이스의 경우, 화상(image)을 형성하기 위해 사용되는 컬러필터)를 포함할 수 있다. 따라서, 화소와 화소 전극은 동일한 의미로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 언급되는 표시장치는 특정 방식으로 구동되는 표시장치에 제한되지 않고, 화소를 포함하거나 화소와 유사한 기능을 수행하는 컴포넌트를 포함하는 모든 표시장치를 포함한다. 구체적으로, VA(Vertical Alignment) 계열의 LCD 및 TN 계열의 LCD 및 IPS(In Plane Switching) 계열의 LCD 등 액정(Liquid Crystal)을 사용하는 모든 LCD를 포함한다.
또한 PMOLED 및 AMOLED 등 OLED(Organic Light Emitted Diode) 계열의 모든 표시장치를 포함한다. 또한 사용자에게 임의 형태의 정지화상(예, JPG, TIF 등등) 또는 동영상(MPEG2, MPEG-4 등)을 디스플레이 할 수 있는 모든 기기 또는 장치를 포함한다.
이하에서 설명되는 "~부"와 같은 구성들은, 특정기능을 수행하는 단위 기능 요소(Unit Function Element)들의 집합체로서, 예를 들면 어떤 신호의 증폭기는 단위 기능 요소이며 증폭기나 신호변환기들이 모인 집합체는 신호변환부로 명명할 수 있다. 또한, "~부"는 더 큰 구성요소 또는 "~부"에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 "~부"들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 자체적으로 연산기능이나 메모리 등에 저장된 명령어(command)등을 처리할 수 있는 독자적인 CPU(Central Processing Unit)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 기재된 "신호(signal)"는 특별한 언급이 없는 한, 임의의 정보를 전송하는 데이터로서, 전압 또는 전류를 총칭한다. 본 발명의 실시예에서 "커패시턴스(capacitance)"는 물리적인 크기를 나타내며, "정전용량"과 동일한 의미로 사용된다. 한편, "커패시터 (capacitor)"는 물리적인 크기인 커패시턴스를 갖는 소자(Element)를 지칭한다.
본 발명의 실시예에서 보상커패시터(Cbal)는 터치드라이브IC(Integrated Circuit) 내부에 설계 및 제조공정에 의해 만들어 지기도 하며, 인접한 두 개의 센서신호선 사이에서 자연적으로 생성되기도 한다. 본 발명의 실시예에서는 직접 만들어진 커패시터나 자연적으로 형성된 커패시터 모두를 구분하지 않고 "커패시터"로 명명한다.
본 발명의 실시예에서 커패시터의 기호로 사용된 부호인 C는 커패시터를 지칭하는 부호로 사용되며 또한 커패시터의 크기인 커패시턴스를 나타낸다. 예를들어 C1은 커패시터를 지칭하는 부호이기도 하며 또한 그 커패시터의 크기인 커패시턴스가 C1임을 의미한다.
또한, 본 발명의 실시예에서"신호(signal)를 인가(forcing)"한다는 의미는 어떤 상태를 유지하고 있던 신호의 레벨(Level)이 바뀐다는 의미이다. 예를 들어, 스위칭소자의 온/오프 제어단자에 신호를 인가한다는 의미는, 기존의 로우(Low) 레벨 전압(예, 대지전압 (zero Volt) 또는 일정크기의 DC전압, AC전압)이 하이(Hi) 레벨(예, 로우 레벨 전압보다 더 큰 진폭 값을 가지는 DC 전압 또는 AC전압)로 바뀐다는 의미이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치에서 터치 신호를 검출하는 터치 기능을 수행하는 블록도를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 터치스크린으로서 터치 기능을 수행할 때 표시장치는 터치 검출센서(10), 터치 검출센서 신호선(22) 및 터치신호 연산부(30)를 포함한다. 도 1에서, 터치 검출센서(10), 터치 검출센서 신호선(22) 및 터치신호 연산부(30)는 기능에 따라 명명한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치에서, 표시장치의 화소가 터치 검출센서(10)의 기능을 수행하고, 화소에 연결된 TFT(Thin Film Transistor)의 소스 신호선이 터치 검출센서 신호선(22)을 기능을 수행한다.
상기에서 언급한 바와 같이, 화소는 화소전극을 의미할 수 있거나 LCD 디스플레이 디바이스의 경우에 화소는 화소전극에 공통전극 및 컬러필터를 포함하는 컴포넌트일 수 있다.
터치신호 연산부(30)는 표시장치 구동 칩(drive IC) (driving chip)에 통합되어 구현될 수 있다. 화소전극 즉, 화소에서 발생한 터치신호는 터치신호 연산부(30)에서 직각 좌표 계 상의 한 지점의 좌표 형태로 추출되어, 통신부(46)를 통하여 호스트(Host)로 전송된다. 터치신호 연산부(30)는 터치검출부(14) 및 신호처리부(35), 메모리부(28), 전원부(47), CPU(40), 멀티플렉서를 포함하는 구동부(31), 타이밍제어부(33), 교번전압 생성부(42) 및 통신부(46)를 포함한다.
멀티플렉서(MUX)를 포함하는 구동부(31)는 복수개의 터치 검출센서(10) 중 하나를 선택하는 멀티플렉싱(multiplexing)기능을 수행하며, 터치 검출센서(10)를 하이 임피던스상태로 고립시키거나 프리차지(precharge) 전압을 인가하거나 교번전압생성부(42)에서 생성된 교번전압이 인가된 후 일정 시간이 경과한 이후에 전압의 변화를 출력하는 역할을 한다.
신호처리부(35)부는 구동부(31)에서 출력된 신호를 받아들여 이를 증폭하거나 프로세싱(processing)하는 역할을 하며, 신호처리부에는 ADC나 DAC나 비교기가 포함될 수 있다. 메모리부(28)는 신호처리부에서 연산된 결과를 임시 저장하거나 CPU(40)의 동작에 필요한 펌웨어(Firmware)가 저장될 수 있다.
전원부(47)는 터치스크린이나 터치신호 연산부(30)가 필요로 하는 전원을 생성하여 각 컴토넌트에 전달한다. CPU(40)는 신호처리부(35)에서 처리된 신호를 기반으로 터치 좌표를 연산하거나 터치신호 연산부(30)에 포함된 각 단위요소를 통제하는 역할을 하며 타이밍제어부는 연산부(30)가 필요로 하는 클럭(Clock)을 생성하는 역할을 한다.
교번전압 생성부(42)는 터치신호 검출을 위해 필요한 교번전압을 생성하는 역할을 하며 전원부(47)에 포함되기도 한다. 도 1에서 손가락(100)의 엄지 손가락과 검지 손가락이 터치 검출센서(10)를 접촉하고 있음을 도시하고 있다.
만약, 사용자가 지문인식에 의한 잠금 기능을 설정하였다면, 재사용하려고 터치시 사용자는 화소가 배치된 표시장치의 임의 영역에 손가락을 터치함으로써 지문인식을 수행할 수 있고, 잠금을 해제하여 표시 장치를 의도대로 사용할 수 있다.
도 1에서는 일 예로서, 두개의 손가락을 이용한 지문인식을 도시하고 있으나, 이는 단순히 예시이며, 두개이상의 손가락에 의한 지문인식도 가능함은 당업자에게 자명하다. 상기에서 언급한 바와 같이, 본원 발명의 통합 표시장치는 화소를 이용하여 지문 인식이 가능하기 때문에, 별도의 지문 스캔을 위한 소자의 추가가 요구되지 않는다.
따라서, 화소가 배치된 임의의 영역(구체적으로, 화소가 배치된 전 영역)에 손가락을 터치하여 지문인식을 수행할 수 있다는 장점이 있다. 도 1을 참조하면, 횡방향으로 6개의 행과 종방향으로 5개의 열이 있으며 이를 이는 6 x 5로 표시하기로 한다. 6 x 5는 터치스크린 사이즈의 일 예이고, 사이즈가 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예는 20 X 20 또는 24 X 30의 사이즈를 갖는 터치스크린을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에서의 터치스크린에 대하여 구동부(31)에서 실행되는 터치과정을 설명하는 도면이다. 도 2를 참조하면 스위치(210)와 버퍼(220)사이에 멀티플렉서(230)가 위치된다. 터치 검출센서(10)는 터치 검출센서 신호선(22)에 의해 멀티플렉서(230)에 연결된다.
본 발명의 실시예에 의한 통합 표시장치를 이용한 터치신호 검출시, 터치 검출센서 신호선(22)와 직각인 방향으로(도 1에서는 횡방향(horizontal)으로) 순차적으로 즉, Row1-> Row2-> Row3->....-> Row6 -> Row1->...과 같이 터치검출에 필요한 신호를 인가하며 터치 여부를 검출한다.
예를 들어, 구동부(31)에 포함된 멀티플렉서(mux)에 의해 하나의 터치검출 센서(10)가 선택되어, 구체적으로 순차적으로 (Row1, Col1), (Row1, Col2), (Row1, Col3), (Row1, Col4), (Row1, Col5)가 선택되어 구동부의 회로에 접속될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치의 TFT 기판(TFT Plate)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면 TFT기판은 6개의 게이트 신호선(Gate line)(340)[G1:G6]과 5개의 소스 신호선(Source line)(330)[S1:S5], 신호선들에 연결된 스위칭 소자들(320), 및 화소전극들(310)을 포함한다. 도 3의 TFT 기판의 구조 및 구동원리는 당업자에게는 자명한 것인바 구체적인 설명을 생략한다.
도 1의 터치스크린의 도면에서 터치 검출센서(10)와 도 3의 통합 표시장치 내 TFT 기판에서의 화소전극(310)의 배치는 유사하다. 도 3에서의 소스 신호선(Source line)(330)은 단위 화소(sub pixel)을 구동시키기 위한 신호선으로서, 도 1에서의 센서 신호선(22)에 대응된다.
그러나, 도 1에서의 터치검출 센서신호선(22)은 각각의 터치 검출센서(10)에 개별적으로 하나씩 연결되어 있지만, 도 3에서의 하나의 소스 신호선(330)에 복수의 화소(Pixel)가 연결되어 있다는 점에서 차이가 있다. 터치검출 프로세스는 도1의 터치 검출센서(10)에서나 도 3의 TFT 화소에서나 동일하다.
즉, 도 1에서 터치 검출센서(10)가 터치 검출센서 신호선(22)과 교차하는 방향으로 (도 1에서는 횡방향)으로 터치신호를 검출하듯이, 도 3에서의 화소전극들도 게이트 신호선(340)에 의한 시분할(Time Sharing) 방법으로 동일하게 터치신호가 검출될 수 있다. 물리적으로 소스 신호선 S1에는 6개의 화소 전극이 연결되어 있다.
그러나, 게이트 신호선의 시분할 방법에 의해, 터치 신호 검출시에는 도 1에서의 개개의 터치 검출센서(10)에 각각 연결된 터치 검출센서 신호선(22)과 동일하게 터치신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 게이트 신호선인 G1의 턴 온(Turn on) 신호에 의해 G1에 접속된 TFT의 화소에만 화소 정보가 전달되어 작동된다. 따라서, 소스 신호선 S1에 연결된 6개의 화소 중 [S1:G1]에 연결된 화소에서의 터치만을 검출한다.
이후 게이트 신호선 G2의 턴 온(Turn on) 신호에 의해 [S1:G2]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있고, 게이트 신호선 G3의 턴 온 신호에 의해 [S1:G3]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있고, 게이트 신호선 G4의 턴 온 신호에 의해 [S1:G4]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있고, 게이트 신호선 G5의 턴 온 신호에 의해 [S1:G5]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있고 및 게이트 신호선 G6의 턴 온 신호에 의해 [S1:G6]에 연결된 화소의 터치를 검출할 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이 본 발명의 실시예에서의 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치는 표시장치의 화소전극 또는 화소(310)를 터치 검출센서(10)로 이용한다. 통상의 경우에 표시장치의 화소는 이미지 또는 화상을 디스플레이하는 출력장치(output device)로 사용된다.
그러나 본 발명에서 화소는 이미지 또는 화상을 디스플레이하는 시간의 일부를 터치신호를 검출하는 입력장치(Input device) 즉, 터치스크린으로 동작하게 한다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치의 화소를 터치 검출센서(10)로 사용하는 경우 화소의 크기(size)가 작기 때문에 검출되는 터치 발생시 생성되는 터치신호의 크기 즉, 전압 또는 전류 신호 진폭이 작은 경우가 발생한다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 본 발명에서는 복수개의 화소를 연결하여 구성된 화소 그룹을 하나의 터치 검출센서로 사용한다. 즉, 복수개의 화소를 서로 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서(enlarged touch detection sensor)를 형성하는 것이다.
복수개의 화소를 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서로 사용하기 위한 제 1 실시예로서, 도 3에서의 복수의 게이트 신호선들을 동시에 턴 온(turn on)할 수 있다.
도 3의 TFT 기판(300)에서 게이트 신호선 G1부터 G6을 동시에 턴 온(turn on)하면 소스 신호선 S1과 접속된 6개의 화소전극 또는 화소는 서로 결합되어 하나의 터치 검출센서(10)로 동작할 것이다. 동일하게, 소스 신호선 S2 내지 S5에 연결된 복수개의 화소들도 결합되어 마치 하나의 터치 검출센서(10)처럼 동작할 것이다.
TFT 기판(300)에서 게이트 신호선 G1부터 G6을 동시에 턴 온 함으로써, S1 내지 S5에는 개별적으로 하나의 터치 검출센서(10)가 연결된 것과 동일하게 구성된다. G1 내지 G6을 동시에 턴 온 하는 것은 본 발명의 하나의 예시일 뿐이며 실제로는 2개의 게이트 신호선부터 10개 또는 100개등 필요에 따라서 다양한 개수의 게이트 신호선이 동시에 턴 온 될 수 있다.
표시장치의 사이즈에 따라서, 동시에 턴 온 되는 게이트 신호선의 개수를 조절할 수 있는 독립한 컴포넌트를 포함할 수 있다. 복수개의 화소를 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서로 사용하기 위한 제 2 실시예로서, 복수의 소스 신호선을 연결하여 복수개의 화소를 하나의 터치 검출센서(10)로 사용하는 방법이다.
만일 소스 신호선인 S1 내지 S5가 서로 연결하고, 즉 동시에 턴 온 시키고, 게이트 신호선중 G1만 턴 온(turn on)될 때는, G1의 복수개의 화소는 하나의 확대 터치 검출센서(10)로서 동작할 수 있으므로 G1에 접속된 화소의 개수만큼 면적이 넓은 터치 검출센서를 구현하는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
소스 신호선을 동시에 턴 온 시키는 제 2의 실시예에서, S1 내지 S5를 동시에 연결하는 것은 일 예시일 뿐이며 두 개부터 10개 또는 100개등 개수에 무관하게 서로 연결하여 복수개의 화소를 하나의 확대 터치 검출센서(10)처럼 사용할 수 있다.
복수개의 화소를 연결하여 하나의 확대 터치 검출센서로 사용하기 위한 제 3 실시예로서, 상기 제 1 실시예의 방법과 상기 제 2 실시예의 방법을 같이 사용하는 것이다.
만일 게이트 신호선인 G1 내지 G6을 동시에 턴 온(turn on)시키고 소스 신호선인 S1 내지 S5를 동시에 턴 온시키면 도 3의 G1 내지 G6 그리고 S1 내지 S5에 연결된 30개의 화소는 서로 연결되어 면적이 넓은 하나의 확대 터치 검출센서로 동작한다.
제 1 실시예에서, 게이트 신호선이 표시장치 구동 칩(drive IC) (예를 들어 LDI, LCD Drive IC)에서 모두 발원하는 경우 동시에 턴 온 되는 게이트 신호선의 전압의 크기(Voltage level)는 표시장치 구동 칩(drive IC) 에서 결정된다. 예를 들어, 게이트 신호선인 G1 내지 G6이 동시에 턴 온 전압을 출력하는 경우 모든 게이트 신호선이 표시장치 구동 칩(drive IC) 에서 발원하므로 G1 내지 G6의 전압레벨은 표시장치 구동 칩(drive IC) 에서 결정되어 출력된다.
게이트 신호선의 턴 오프(turn off)전압이 -10V이고 턴 온(turn on)전압이 +15V라고 가정하면 G1 내지 G6은 동시에 +15V의 상태를 출력해야 한다. 이때 상기 동시에 턴 온되는 게이트 신호선을 제외한 나머지 게이트 신호선의 전압 레벨은 -10V인 턴 오프 전압을 유지해야 한다.
한편. GIP(Gate In Panel)와 같이 모든 게이트 신호선이 표시장치의 일측에 배치되고 단지 일부의 GIP 제어 신호선이 표시장치 구동 칩(drive IC) 에서 출력되는 경우, 게이트 신호선의 전압 레벨은 구동 칩(drive IC) 에서 출력되는 것이 아니라 표시장치의 일측에 실장된 GIP 블럭에서 결정된다.
GIP는 도 7에서와 같이 Gate 소자들이 IC 안에 있는 것이 아니고 Panel 내부에 위치하고 있는 것을 말한다. 즉, 도 3의 G1 내지 G6의 출력전압이 턴 온 전압인 +15V인 경우, 표시장치 구동 칩(drive IC) 은 GIP 제어 신호선을 통해 GIP 블럭에 G1 내지 G6을 +15V전압을 출력하라는 제어 신호를 출력하고 표시장치의 일측에 설치된 GIP 블럭에서는 이러한 제어신호에 기초하여 G1 내지 G6의 출력전압 레벨을 +15V로 출력하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시장치의 일 실시예가 LCD인 경우, LCD는 액정의 구동시간을 유지하기 위하여 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, 이하 Cst)를 갖는다.
도 4 및 도 5는 표시장치의 일 유형인 LCD에서 스토리지 커패시터의 생성에 관한 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 LCD 디스플레이 디바이스의 사시도를 도시한다. 도 4에 도시된 LCD는 3개의 화소(430)를 포함하고, 도 4에는 단지 하나의 Cst(440)만이 도시되었으나, 실제로는 각 화소마다 Cst가 존재한다. 스토리지 커패시터 형성의 일 예는 화소를 구성하는 화소전극이 전단 게이트 신호선과 중첩됨으로써 형성된다.
도 5는 LCD 디스플레이 디바이스의 측면도를 도시한다. 도 5를 참조하면, 유리나 플라스틱 등의 TFT 기판(500)의 상면에는, 구리나 알루미늄 또는 몰리브데늄 또는 크롬 등의 금속 성분으로 구성된 게이트 메탈 층(gate metal layer)이 게이트 신호선(Gate Line, 510, 520)을 형성한다.
상기 게이트 신호선의 상측(Upper layer)에는 구리나 알루미늄 또는 몰리브데늄 또는 크롬 등의 금속 성분으로 구성된 소스 메탈 층(Source metal layer)에 의해 TFT의 소스(source) 전극(542) 및 드레인(Drain) 전극(541)이 형성된다.
상기 TFT의 소스 전극(542)에는, 동일한 소스 메탈 층으로 동일한 층(same layer)에 소스 신호선(Source line, 560)을 형성하고, 보호막(550)에 의해 보호되며, 상기 소스 신호선(560)은 화소 전극(530)에 화상 신호를 전달한다. TFT(540)의 드레인은 화소 전극과 접속되어 Clc 및 Cst를 형성하고, 화소 전극(530)의 전위와 공통 전극 사이의 전위차에 의해 액정이 반응하여 화질을 형성하게 된다.
도 5에서 n 번째 게이트 신호선(520)이 턴 온 될 때 n-1번째 게이트 신호선(510) 즉, 턴 온인 게이트 신호선의 직전 게이트 신호선의 상면에 화소전극(Pixel electrode)이 중첩된다. 도 5를 참조하면, Cst는 화소전극(530)과 전단 게이트 신호선(510)의 중첩에 의하여 전단 게이트 신호선 근처에 생성된다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 표시 장치에서의 화소가 터치 검출을 수행하는 입력장치 즉 터치스크린으로 사용될 때 도 4 및 도 5에서의 스토리지 커패시터는 화소에서 검출되는 터치신호의 크기를 약화시키는 노이즈로 작용한다. 따라서, 화소를 터치 검출을 위한 터치스크린으로 사용할 때, 터치 신호를 크게 하기 위해, 스토리지 커패시터인 Cst의 크기를 작게 하거나 제거하는 것이 필요하다.
도 6은 본 발명에 따른 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에서 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하기 위한 구조를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 또는 화상을 디스플레이하는 하나의 화소(또는 하나의 화소전극)은 스토리지 커패시터 형성에 관여하지 않는 제1 화소 전극(640)과 스토리지 커패시터 형성에 관여하는 제2 화소 전극(650)을 포함한다.
이미지 또는 화상 디스플레이(표시) 기능을 수행할 때 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)는 연결되어 하나의 화소(또는 하나의 화소전극)으로 동작된다. 그러나, 터치 기능을 수행할 때 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)으로 분리되어, 제1 화소 전극(640)만이 터치 검출센서로서 동작하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 표시 장치는 화소가 디스플레이 컴포넌트로서 동시에 터치 검출센서로 동작한다. 따라서, 화소의 구동 주기 (operation period)는 디스플레이 컴포넌트로서 동작하는 디스플레이 구간과 터치 검출센서로서 동작하는 터치 구간으로 구성된다.
디스플레이 컴포넌트로서 동작하는 구간에서는 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)은 연결되어 하나의 화소전극으로 동작한다. 이에 반하여, 터치 검출센서로서 동작하는 구간에서는 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)은 서로 분리되어 엄밀하게 제1 화소 전극(640)만이 터치 검출센서로서 동작하게 된다.
도 6을 참조하여, 이미지를 표시하는 제1 화소 전극(640)과 Cst를 형성하는 제2 화소 전극(650)는 동일한 마스크로 형성되며 동일 레이어(layer)에 위치된다. 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)는 디스플레이 구간에서는 연결되나 스토리지 커패시터(Cst)를 제거하기 위해 터치 구간에서는 서로 분리된다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 표시 장치는 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)를 연결 및 연결해제 할 수 있는 수단을 포함한다. 이러한 수단의 일 실시예는 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650) 사이에 존재하는 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)이다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)는 소스 데이터를 화소전극으로 전달하며 게이트 신호선과 연결된 스위치(예, TFT 스위치)(630)와 동일한 스위치이다. 본 발명의 실시예에서 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)를 연결 및 연결해제 시키는 스위치(660)는 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치라고 지칭된다. 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)는 TFT 스위치(630)가 형성될 때 동시에 형성된다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)의 게이트에는 Cst 제어신호가 접속되며 Cst 제어신호의 전압크기(Voltage level)에 따라 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)는 턴 온(turn on) 되거나 턴 오프(turn off)된다. 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)가 턴 온 되면 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)는 서로 연결된다.
또한 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(660)가 턴 오프 되면 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)는 서로 분리된다. 디스플레이 구간에서 제2 화소 전극(650)는 전단 게이트 신호선(625)와의 사이에서 스토리지 커패시터를 형성한다. 하지만, 터치 구간에서 제1 화소 전극(640)과 제2 화소 전극(650)가 서로 분리되면 제1 화소 전극(640)는 스토리지 커패시터 Cst에 영향을 받지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치의 화소 전극을 터치 검출에 관한 입력장치로 사용할 때에는 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치를 턴 오프시켜, 해당 화소에 존재하는 스토리지 커패시터를 제거시킬 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 통합 표시 장치를 구동시키기 위한 회로도의 구성을 도시한 도면이다. 도 7을 참조하여, 화소에 화상(image)를 디스플레이하기 위하여 게이트 신호선를 순차적으로 턴 온 시키고 이에 동기하여 소스 신호선에 화소 전압을 인가한다는 것은 당업자에게 자명한 사실이다.
디스플레이 구간에서 제1 화소 전극(예를 들어, 750-1)과 제2 화소 전극(예를 들어, 760-1)은 서로 연결되어야 하므로 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(예를 들어, 740-1)는 턴 온 되어야 한다.
도 7 에서 소스 신호선 S4, 게이트 신호선 G1에 연결된 제1 화소 전극에 대하여만 750-1로 넘버링 되어 있으나, 게이트 신호선 G1에 연결된 나머지 제1 화소 전극들도 동일한 도면 번호를 갖는 것으로 인식되어야 한다. 즉, 소스 신호선 S1 내지 S4 및 게이트 신호선 G1에 연결된 4개의 제1 화소 전극이 도면 번호 750-1로 넘버링 된 것으로 이해되어야 한다.
나머지 컴포넌트에 대하여도 동일하다. 예를 들어, 소스 신호선 S4 와 더미 게이트 신호선 Gdummy에 제2 화소 전극 만이 도면번호 760-1로 넘버링 되어 있으나, 소스 신호선 S1 내지 S4 및 더미 게이트 신호선 Gdummy에 연결된 4개의 제2 화소 전극이 도면 번호 760-1로 넘버링 된 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 디스플레이 구간에서 '제1 화소 전극(예를 들어, 750-1)과 제2 화소 전극(예를 들어, 760-1)은 서로 연결'된다는 말은 정확하게는 제 1 게이트 신호선(720-1)에 연결된 4개의 제1 화소 전극(소스 신호선 S1 내지 S4에 연결된 4개의 화소전극-1(750-1))이 4개의 제2 화소 전극(소스 신호선 S1 내지 S4에 연결된 4개의 화소전극-2(760-1)에 연결된다는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 도면번호 740-1로 넘버링된 4개의 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치가 모두 턴 온 된다고 인식되어야 한다. 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)의 턴 온 또는 턴 오프는 표시장치 또는 표시장치를 구동하기 위해 표시장치 구동 칩(drive IC) 으로부터 발원된 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 신호를 이용한다. 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치의 게이트 단자는 인버터(730-1)의 출력단자에 연결된다.
인버터(730-1)의 입력 단자는 전단 게이트 신호선과 연결된다. 즉, 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)의 게이트 단자가 인버터(730-1)의 출력 신호에 연결되기 때문에, 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)는 전단 게이트 신호선에 인가된 전압 신호와 반대인 전압 신호에 의해 구동된다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 표시 장치에 포함된 화소가 화상을 디스플레이하는 디스플레이 구간에서, 게이트 신호선들은 시분할적으로 턴온된다. 즉, 게이트 신호선(G1)(720-1)이 턴 온 되고 나머지 모든 게이트 신호선은 턴 오프된다. 게이트 신호선(G1)(720-1)이 턴 온 된 때, 게이트 신호선(G1)(720-1)에 접속된 화소에 이미지 데이터(소스 데이터)가 인가된 후 첫 번째 게이트 신호선은 턴 오프된다.
게이트 신호선(G1)(720-1)이 턴 오프된 후, 게이트 신호선(G2)(720-2)이 턴 온 된다. 이후 게이트 신호선(G3)(720-3)이 턴 온 되고 게이트 신호선(G2)(720-2)은 턴 오프된다. 화소에 이미지를 표시하는 단계에서 게이트 신호선 G1(720-1)이 턴 온이 되면 게이트 신호선 G1(720-1)에 접속된 TFT 스위치(770-1)는 모두 턴 온되고, 턴 온 된 TFT 스위치와 연결된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)도 모두 턴 온 되어 제2 화소 전극(760-1)는 제1 화소 전극(750-1)과 연결된다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)가 TFT 스위치(770-1)와 동일한 턴 온 또는 턴 오프 특성을 가지는 스위치인 경우에 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)를 턴 온 시키기 위하여 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치의 게이트에 인가되는 전압도 TFT 스위치(770-1)의 게이트에 인가되는 턴 온 전압과 가급적 동일해야 하며 이 전압은 전단 게이트 신호선(720-dummy)에 접속된 인버터(730-1)에서 공급된다.
인버터(730-1)는 게이트 신호선 신호선의 전압을 입력으로 받고 입력된 전압의 극성을 반대로 출력 한다. 만일 TFT 스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)의 턴 온 전압이 15V이고 턴 오프 전압이 -10V라고 가정하면, 게이트 신호선의 전압이 턴 온 전압인 15V인 경우 이를 입력으로 받아들이는 인버터(730-1)는 -10V를 출력한다.
또한, 게이트 신호선의 전압이 턴 오프 전압인 -10V인 경우 이를 입력으로 받아들이는 인버터(730-1)는 +15V를 출력한다. 이미지를 표시하는 디스플레이 구간에서 게이트 신호선인 G1(720-1)이 턴 온 되면 게이트 신호선 G1(720-1)과 연동된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)를 턴 온 하기 위해 전단 게이트 신호선이 필요하며 이를 위해 별도의 더미 게이트 신호선(Dummy gate line)(720-dummy)이 추가된다.
더미 게이트 신호선(720-dummy)은 이미지를 출력하기 위해 게이트 신호선 G1(720-1)이 턴 온 될 때 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)를 턴 온 하기 위한 전압을 제공한다. 게이트 신호선 1(G1)(720-1)이 턴 온 되면 이와 연동된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)가 턴 온 되어야 하므로 더미 게이트 신호선(720-dummy)은 턴 오프 상태의 전압을 유지해야 한다.
이로 인해 더미 게이트 신호선(720-dummy)의 신호를 입력으로 받는 인버터(740-1)는 턴 온 전압인 +15V를 출력하게 되며, 이로 인해 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)는 턴 온 상태를 유지하게 될 것이고 제1 화소 전극(750-1)과 제2 화소 전극(760-1)는 상호 연결되어 화상 또는 이미지를 디스플레이 하는 것이 가능하다.
표시장치에 이미지만 표시하는 단계에서 더미 게이트 신호선(720-dummy)은 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치의 턴 오프 상태의 전압을 출력하는 것이 바람직하다. 화소에 이미지를 표시하는 단계에서 제 1 게이트 신호선(G1)(720-1)이 턴 온 되어 화상신호가 전달된 이후에 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)은 턴 오프 상태를 유지하고 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)가 턴 온 된다.
제 2 게이트 신호선 G2(720-2)가 턴 온 되면 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)의 전단 게이트 신호선은 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)며 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)이 턴 오프 상태이므로 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)에 연결된 인버터(730-2)는 턴 온 전압을 출력하여 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)와 연동되는 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치가 턴 온 될 것이다.
제 1 게이트 신호선 G1(720-1)은 다음 턴 온 순번이 올 때까지 계속 턴 오프상태를 유지하므로 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)에 연결된 화소는 제 2 게이트 신호선 G2(720-2)가 턴 오프되어도 제2 화소 전극(760-2)에 축적된 전하(Charge)로 인해 발생한 전압에 의해 액정(Liquid Crystal) 전압이 유지되어 정상적인 화상을 표현하는 것이 가능하다.
도 7에서 인버터는 표시장치의 일측에 구비된 GIP(Gate In Panel)(780)에 설치될 수 있다. 인버터도 TFT 스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)와 동일한 구성을 가지며 TFT 스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)가 형성될 때 같이 형성된다.
즉, TFT나 Cst on/off 스위치의 게이트 신호선이 형성될 때 인버터의 게이트 신호선이 형성되며 TFT나 Cst on/off 스위치의 소스 단자나 드레인 단자가 형성될 때 인버터의 소스 단자나 드레인 단자가 동일하게 형성된다.
인버터는 도 6의 TFT 스위치와 동일한 구조를 갖는다. 인버터는 소스 단자에 저항성분을 갖는 것이 바람직하다. 당업자에게 주지된 바와 같이, CMOS의 소스 단자나 트랜지스터의 컬렉터 단자에 저항을 삽입하여 인버터를 구성하는 것이 용이하기 때문이다.
인버터는 TFT 스위치나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치의 생성단계에서 생성되기 때문에 본 발명은 인버터를 제조하기 위한 별도의 마스크를 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.
4개의 게이트 신호선과 4개의 소스 신호선을 이용한 도 7의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일 실시예일뿐이며 실제로는 수천 개의 게이트 신호선과 수천 개의 소스 신호선으로 포함하여 구성될 수 있다는 것은 당업자로서 자명한 사실이다.
도 8은 도 7에 도시된 회로도를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시 장치의 이미지 표시단계에서의 게이트 신호선의 전압의 크기 및 동작순서(Timing chart)를 설명하는 도면이다.
도 8에서 제 1 게이트 신호선 G1(720-1)의 전압의 하이(high) 상태일 때 TFT스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)의 게이트에 인가되는 전압도 하이 상태를 유지하여, TFT 스위치(770-1)나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(740-1)도 턴 온된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 표시장치에 이미지를 표시하는 단계에서 더미 게이트 신호선(720-dummy)은 항상 로우 전압을 유지하는 것을 알 수 있다. 이미지 표시 단계에서, 특정 게이트 신호선이 턴 온 되어 화상 데이터가 인가될 때 전단 게이트 신호선(previous Gate line)은 항상 로우(low) 상태를 유지하게 되고, 전단 게이트 신호선에 연결된 인버터는 하이 상태를 출력하게 되고, 인버터에 연결된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치는 턴온된다. 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치가 턴온 되는바 화상 전극-1과 화상 전극-2는 연결된 상태에서 이미지를 디스플레이 한다.
도 9는 도 6에 도시된 통합 표시 장치를 이용하여 터치를 검출하는 회로도의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 기능을 통합한 표시장치의 터치검출방법은 복수개의 화소를 하나로 결합하는 확대 터치 검출센서를 이용할 수 있음을 상기에서 논의하였다.
구체적으로, 세개의 실시예를 제시하였고, 제 3의 실시예는 복수의 게이트 신호선이 턴 온 되며 동시에 복수의 소스 신호선이 턴온 되어 복수개의 화소를 연결하여 확대 터치 검출센서를 형성한다.
일 실시예로서, 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)가 턴 온 되며 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)가 동시에 연결하여 확대 터치 검출센서를 형성할 수 있다.
화소에 화상을 표시하는 디스플레이 단계가 완료되거나 또는 화소에 화상을 표시하는 기간 중 일부 시간을 할당하여 터치 여부를 검출하는 터치 검출 구간을 포함할 수 있다.
화소를 이용하여 화상을 표시하는 단계에서 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)는 분리되어 있으나 화소를 이용하여 터치를 검출하는 단계에서 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)는 같이 결합된다.
제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)는 표시장치에서 결합되기도 하며 표시장치 구동 칩(drive IC) 내부에서 결합되는 것도 가능하다. 결합된 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)은 도 1 및 도 2의 구동부(31)에 연결되어 터치신호를 검출하게 된다.
제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3) 및 제 1 소스 신호선 S1(910-1)과 제 2 소스 신호선 S2(910-2)에 연결된 4개의 화소는 하나로 결합되어 확대 터치 검출센서를 형성한다. 더 많은 게이트 신호선을 턴 온 시키며 동시에 더 많은 소스 신호선을 턴온 시켜 더 넓은 확대 터치 검출센서를 형성할 수 있다.
제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)이 동시에 턴 온 될 때 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)에 연결된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치는 턴 오프된다. 스토리지 커패시터 Cst가 턴 오프된 상태이므로, 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)상에 중첩되어 형성되는 스토리지 커패시터 Cst는 형성되지 않는다.
그러나, 제 1 게이트 신호선 G1(920-1)이 로우(Low) 상태이므로 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)에 연동된 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(940-2)는 턴 온 된다.
스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치(940-2)가 턴 온 된바, 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)에 연결된 화소전극-1(950-2)와 화소전극-2(960-2)가 서로 연결되어 스토리지 커패시터 Cst가 형성된다. 형성된 스토리지 커패시터 Cst는 터치 검출시 노이즈로 작용하게 되어 터치 감도를 저하시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 동시에 턴 온 되는 게이트 블럭(여기서는 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3))의 최초 게이트 신호선(여기서는, 제 2 게이트 신호선 G2(920-2))에 연동되는 스토리지 커패시터 Cst를 제거하는 것이 필요하다.
도 9 에서의 게이트 신호선의 순서는 구동 터치 IC와의 거리에 의하여 정하여질 수 있다.
즉, 도 9에서 제 3 게이트 신호선의 아래쪽에 구동 터치 IC가 위치된 경우에, 가장 먼 쪽에 위치된 게이트 신호선이 제 1 게이트 신호선이 되며 순서대로 증가하게 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치의 화소를 터치 검출 센서를 이용하는 경우에 복수개의 게이트 신호선을 동시에 턴 온 할 때 턴 온된 복수개의 게이트 신호선 중 최초의 게이트 신호선의 전단 게이트 신호선(Previous Gate line)이 로우(low)인 상태에서 화소전극-1과 화소전극-2가 분리되지 않는 문제를 해결하기 위한 것이다.
도 9의 제 1 게이트 신호선은 특정 게이트 신호선의 순서를 의미하는 것이 아니라 동시에 턴 온 되는 게이트 신호선의 전단 게이트 신호선(Previous Gate line)임을 의미한다.
즉, 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3)가 동시에 턴 온 되어 터치를 검출할 때, 동시에 턴 온 되는 게이트 블럭(여기서는 제 2 게이트 신호선 G2(920-2)와 제 3 게이트 신호선 G3(920-3))의 시작하는 게이트 신호선(여기서는 제 2 게이트 신호선 G2(920-2))의 전단 게이트 신호선(Previous Gate line)이 제 1 게이트 신호선 G1이다.
수백 개의 게이트 신호선을 포함하는 통합 표시장치에서, 제 100 게이트 신호선 G100 내지 제 200 게이트 신호선 G200이 동시에 턴 온 되는 경우 즉, G100 내지 G200이 동시에 턴 온 되는 게이트 블럭을 형성할 때 제 99 게이트 신호선 G99가 위에서 전단 게이트 신호선이 되는 것이다.
전단 게이트 신호선과 관련하여 형성되는 스토리지 커패시터 Cst를 제거하기 위해, 변환기(990-1 내지 990-3)를 더 포함한다.
변환기는 전단 게이트 신호선의 전압의 레벨과 별도의 제어신호를 입력 신호로 수신하여 변환기에 연결된 스토리지 커패시터 Cst 스위치에 로우(low) 전압을 출력한다.
도 9에서는 변환기의 입력 신호로서 전단 게이트 신호선의 전압의 레벨과 별도의 제어신호를 수신하지만, 변환기는 전단 게이트 신호선 G1의 전압과 무관하게 별도의 제어신호에 따라서 연결된 스토리지 커패시터 Cst 스위치를 턴 오프 시키도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 변환기는 전단 게이트 신호선에 인가된 신호에 관계없이 인버터의 출력을 제어하여 스토리지 커패시터 Cst 스위치를 턴 오프 시키도록 구성된다.
예를 들어 전단 게이트 신호선의 전압상태가 하이(Hi) 이거나 로우(Low)이거나 상관없이 변환기에 입력되는 별도의 제어신호가 하이(Hi)상태이면 변환기의 출력은 하이이며 제어신호가 로우(low)이면 변환기의 출력은 로우(low)가 되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치는 터치 검출 구간에서는 동시에 턴 온 되는 게이트 그룹의 전단 게이트 신호선의 전압을 제어하는 수단을 더 포함할 수 있다(예를 들어, 변환기).
이와 같은 제어수단은 인버터(Inverter), 비교기(comparator), OR 게이트 및 AND 게이트 등 다양한 logic 상태를 구현하는 게이트 류, OPAMP등을 포함할 수 있다. 이와 같은 제어수단은 TFT 스위치나 스토리지 커패시터 Cst on/off 스위치를 제조하는 마스크를 가지고 동시에 제조될 수 있다.
변환기의 제어신호는 표시장치의 GIP(예를 들어, 도 7 의 GIP(780))에서 인가될 수 있다. 또한 GIP에서 생성된 제어신호를 만들기 위해 필요한 클럭(Clock)이 표시장치 구동 칩(drive IC) 에서 GIP로 전송될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 기능을 가지는 표시장치를 이용하여 이미지를 표시하는 단계와 터치를 검출하는 단계가 동시에 수행되도록 구성될 수 있다. 그러나 이때는 개별 화소(각각의 단위 화소)에 인가되는 이미지용 전압, 즉, 소스 신호선에 인가되는 전압을 기초로 터치를 검출해야 하므로 터치검출 시스템이 복잡해지는 문제점이 있다.
복수의 화소에 터치를 검출하기 위해 화소에 인가되는 전압이 화상을 표시하기 위해 화소에 인가되는 전압과 동일한 전압이기 때문에 터치 신호와 이미지를 표시하는 신호를 구분하는 것이 불가능하다.
이러한 이유로 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시장치의 화소를 이용하여 터치를 검출하는 구간(period)는 화소를 이용하여 이미지를 디스플레이하는 구간과 구분되어 설정되는 것이 바람직하다.
화소를 이용하여 이미지를 표시하는 구간에서는 스토리지 커패시터 Cst에 전하가 축적되고, 화소를 이용하여 터치를 검출하는 구간에서는 화소전극-1에서 화소전극-2를 분리한다.
제2 화소 전극을 분리한 상태에서 터치를 검출하고, 제2 화소 전극은 터치 검출이 완료된 후 해당 게이트 블록을 모두 턴 오프되면 제2 화소 전극은 다시 제1 화소 전극과 연결되므로 화소전극-1과 제2 화소 전극이 연결된 상태에서 이미지를 정상적으로 디스플레이 할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 화소에 화상을 표시한 후 터치를 검출하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 통합 표시 장치를 이용하여 터치를 검출하기 위해서는 이미지를 디스플레이 하고 터치를 검출하는 것이 아니라, 그 순서를 바꾸어 터치 검출을 먼저 수행하고, 이미지를 디스플레이 하도록 설정하는 것도 바람직하다.
화소의 동작 구간에서 터치 검출을 먼저 수행하고 이미지를 그 후에 이미지를 디스플레이 하도록 구성된 방법은 스토리지 커패시터 Cst의 변동을 최소화할 수 있기 때문에 더 좋은 이미지를 표시하는 것이 가능하다.
예를 들어 제 100 게이트 신호선 G100 내지 제 200 게이트 신호선 G200을 동시에 턴 온 시키는 게이트 블록을 이용하여 터치를 검출하는 방법을 가정하면, 제 100 게이트 신호선 G100 내지 제 200 게이트 신호선 G200을 동시에 턴 온 시켜 형성된 확대 터치 검출 센서를 이용하여 터치를 검출 한 후 그 이후 시분할적으로 제 100 게이트 신호선 G100을 이용하여 화상을 디스플레이하고 이어서 제 101 게이트 신호선 G101을 이용하여 화상을 디스플레이하는 등 제 100 게이트 신호선 G100 내지 제 200 게이트 신호선 G200을 이용하여 터치 검출 이후에 화상을 표시하는 것이 스토리지 커패시터 Cst를 더 안정적으로 유지시킬 수 있다.
상기에서 언급된 방법은 화소의 구동 구간에서 터치 검출 구간 이후에 화상을 디스플레이 하도록 구성된다.
터치를 검출하기 위해 상호 연결된 복수의 화소(이하 화소 터치검출부)는 도 1 및 도 2에 도시된 구동부(31)에 접속된다. 구동부(31)에 접속된 화소 터치검출부는 구동부(31)에 접속된 커패시터 또는 터치검출을 위해 복수의 소스 신호선들 사이에 형성된 기생 커패시터에 인가되는 교류전압에 동기하여 터치를 검출할 수 있다.
기생 커패시터에 인가되는 교류전압에 동기하여 터치를 검출하는 상세한 설명은 한국등록특허공보 10-1059096, 10-1085088, 10-1472001 및 한국공개특허공보 10-2013-0035243에 자세하게 기술되어 있다.
도 10은 기생 커패시터에 인가되는 교류 전압에 동기하여 터치를 검출하는 과정을 더 상세하기 위한 도면이다. 다만, 도 10은 화소 및 각종 스위치 류를 제외하고 소스 신호선 및 게이트 신호선만 표시한 도면이다.
도 10에서는 터치를 검출하기 위해 복수의 소스 신호선이 상호 연결되어 있다. 도 10에서는 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시켜 복수개의 화소를 연동시켜 확대 터치 검출 센서를 형성하는 과정에 대한 설명은 도 9에서와 유사하기 때문에 여기에서는 생략한다.
신호선의 배치 방향만 다를 뿐 복수개의 게이트 신호선을 동시에 턴온 시켜 확대 터치 검출 센서를 형성하는 것이나, 복수개의 소스 신호선을 동시에 턴 온 시켜 확대 터치 검출 센서를 형성하는 것은 동일하다.
도 10에서는 4개의 소스 신호선이 상호 연결되어 있으며 실제로는 10개 또는 20개 또는 100개 등과 같이 다양하게 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 화소를 이용한 터치 검출방법에서는 교번하는 AC 전압을 이용하며 대표적인 파형은 구형파이다.
4개의 소스 신호선을 상호 연결한 SS2를 이용하여 터치를 검출하기 위해서는 SS2와 S1사이에 존재하는 기생커패시터(Parasitic capacitor) 및 SS2와 SS3 사이에 존재하는 기생커패시터를 이용한다.
따라서 SS2를 이용하여 터치를 검출하기 위해서 SS2의 좌우측에 있는 S1 및 SS3에는 교번하는 AC 전압이 인가되어야 하므로 터치 검출하는 신호선(여기서는 SS2)의 좌우측의 신호선에서는 터치를 검출하는 것이 불가능하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 터치를 검출하는 상호 연결된 소스 신호선의 일부는 터치를 검출하고 일부에는 교번하는 AC 전압이 인가된다.
일 실시예로서, 홀수 번호의 상호 연결된 소스 신호선(SS3)을 이용하여 터치신호를 검출할 때 짝수 번호의 상호 연결된 소스 신호선(SS2 및 SS4)에는 교번하는 AC 전압이 인가된다. 또는 짝수 번호의 상호 연결된 소스 신호선(SS2)을 이용하여 터치신호를 검출할 때 홀수 번호의 상호 연결된 신호선들에는 교번하는 AC 전압이 인가된다.
도 10을 참조하면, 만일 S1 내지 S4가 상호 연결되면 상호 연결된 S1 내지 S4의 좌측에는 기생커패시터를 형성하는 신호선이 없기 때문에, 좌측 및 우측에 형성된 기생커패시터에 교번 전압을 인가하여 터치를 검출하는 경우와 비교하여 검출되는 터치 신호의 크기가 약해진다.
따라서, S1 및 S14처럼 표시장치의 가장 좌측 또는 가장 우측에 위치된 소스 신호선의 좌측 또는 우측에는 더미 신호선을 더 포함할 수 있다.
한 줄 또는 두 줄 또는 세 줄 등 한 줄이나 복수개의 줄로 상호 연결된 더미(Dummy) 신호선을 더 포함하여, 인접한 화소를 이용하여 형성된 터치 검출 센서와의 사이에서 기생커패시터를 형성하게 하여 향상된 터치 감도를 얻도록 구성될 수 있다.
추가된 더미 신호선은 터치 검출에만 사용되는 더미 신호 선일 수도 있다. 그러나, 화상 신호를 전달하는 소스 신호선을 더미 신호선으로 활용할 수도 있다. 상기에서 검토된 더미 신호선의 예는 소스 신호선을 개시하였으나, 더미 신호선은 적어도 하나 이상의 더미 게이트 신호선을 포함할 수 있다.
더미 게이트 신호선은 최외곽의 게이트 신호선의 바깥쪽에 형성될 수 있다. 최외곽 게이트 신호선의 바깥쪽이라 함은 제 1 게이트 신호선의 앞 단 그리고, 가장 마지막 게이트 신호선의 뒷 단을 말한다.
예를 들어, 도 10에서 더미 게이트 신호선은 제 1 게이트 신호선의 앞 단에 위치된 Gdummy 신호선과 가장 마지막 게이트 신호선이 G5 신호선이라고 가정한다면 G6 신호선이 될 수 있다.
더미 소스 신호선은 최외곽의 소스 신호선의 바깥쪽에 형성될 수 있다. 최외곽 소스 신호선의 바깥쪽이라 함은 제 1 소스 신호선(S1)의 왼쪽 단 그리고, 가장 오른쪽 소스 신호선(S14)의 오른쪽 단을 말한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 통합 표시 장치를 이용한 지문 인식을 더 상세하게 도시한 도면이다. 도 11의 도면은 손가락의 지문 인식과정을 보다 명확하게 설명하기 위한 것이다. 도 11에 도시된 복수개의 화소(1100)는 적어도 하나 이상의 터치 검출 센서로서 동작한다.
구체적으로, 도 1에서는 터치 검출센서 또는 화소를 확대하여 도시한 것이고, 도 11에서는 지문 인식 과정을 보다 명확하게 설명하기 위하여 손가락과 터치 화소의 척도를 맞추어 도시한 것이다.
화소(1100)의 사이즈는 디스플레이 장치의 해상도에 따라 차이가 있지만 일반적으로 수십um의 크기를 가지며, 사람의 손가락에서 지문의 산부와 산부 사이의 거리는 100um 이상의 크기를 가지기 때문에 화소(1100)를 이용한 지문센싱이 가능하다.
따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 엄지 손가락은 영역(1110)으로 표시된 복수개의 화소들이 협동하여 지문의 패턴을 인식함으로써 엄지 손가락의 지문을 인식하게 되고, 검지 손가락은 영역(1120)으로 표시된 복수개의 화소들이 협동하여 지문의 패턴을 인식함으로써 검지 손가락의 지문을 인식하게 된다.
복수개의 화소들이 협동하여 지문의 패턴을 인식한다 함은, 지문의 패턴에 따라 각각의 화소와 지문이 형성된 영역간에 형성되는 터치 커패시턴스 값이 달라지는 것을 검출한다는 것이다.
영역(1100)에 속한 복수개의 화소들의 터치 커패시턴스 값들을 산출함으로써 엄지손가락의 지문을 스캔할 수 있고, 영역(1120)에 속한 복수개의 화소들의 터치 커패시턴스 값들을 산출함으로써 검지 손가락의 지문을 스캔할 수 있다. 일 예로서, 영역(1100) 또는 영역(112)에 포함된 화소들에서 검출된 터치 커패시턴스 값들을 매핑하여 도식화함으로써 지문 스캔이 가능하게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 실시예에 따른 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
[부호의 설명]
610, 615 소스 신호선
620, 625 게이트 신호선
630 TFT스위치
640 화소전극-1
650 화소전극-2
660 스토리지 커패시터 Cst 스위치
730-1 인버터
990-1 변환기

Claims (20)

  1. 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에 있어서,
    제1 화소 전극과 제2 화소 전극을 각각 포함하는 다수의 화소들;
    상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 또는 연결 해제하는 다수의 제1 스위치들; 및
    상기 제1 스위치들을 제어하여, 상기 표시 기능과 상기 터치 기능을 교번적으로 수행하는 드라이브 IC 를 포함하되,
    상기 드라이브 IC는, 표시 기간 동안, 상기 제1 스위치들을 온시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결하고, 터치 기간 동안, 상기 제1 스위치 소자들을 오프시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 해제하는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표시 기간과 상기 터치 기간은, 상기 드라이브 IC에 의해, 사전에 설정된 주기로 교번되는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화소 전극은, 상기 제1 화소 전극과 연결시, 스토리지 커패시터를 형성하고, 상기 제1 화소 전극과 연결 해제시, 상기 스토리지 커패시터를 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    다수의 게이트 신호선들;
    다수의 소스 신호선들; 및
    상기 다수의 게이트 신호선들과 상기 다수의 소스 신호선들에 연결되는 다수의 제2 스위치들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는, 동일한 마스크로 형성되는 것 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 드라이브 IC는, 2 개 이상의 화소들에 연결된 게이트 신호선들을 동시에 턴 온 시켜서, 1 개의 확대된 터치 센서를 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동시에 턴 온 되는 게이트 신호선들 중, 전단 게이트 신호선(previous gate line)에 연결되어, 상기 제1 스위치를 턴 온/오프시키는 인버터(Inverter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전단 게이트 신호선은, 사전에 설정된 특정 방향에서 상기 게이트 신호선들의 순서를 결정할 때, 제1 게이트 신호선 보다 앞에 위치하는 게이트 신호선인 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전단 게이트 신호선에 인가된 신호에 관계없이 상기 인버터의 출력을 제어하는 변환기를 더 포함하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 드라이브 IC는, 2 개 이상의 화소들에 연결된 소스 신호선들을 동시에 턴 온 시켜서, 1 개의 확대된 터치 센서를 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 동시에 턴 온 되는 소스 신호선들 중, 전단 소스 신호선(previous source line)에 연결되어, 상기 제1 스위치를 턴 온/오프시키는 인버터(Inverter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전단 소스 신호선은, 사전에 설정된 특정 방향에서 상기 소스 신호선들의 순서를 결정할 때, 제1 소스 신호선 보다 앞에 위치하는 소스 신호선인 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전단 소스 신호선에 인가된 신호에 관계없이 상기 인버터의 출력을 제어하는 변환기를 더 포함하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 드라이브 IC는, 2 개 이상의 화소들에 연결된 게이트 신호선들과 소스 신호선들을 동시에 턴 온 시켜서, 1 개의 확대된 터치 센서를 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  15. 제4항에 있어서,
    적어도 하나의 더미 게이트 신호선; 및
    적어도 하나의 더미 소스 신호선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 더미 게이트 신호선은, 최외곽의 게이트 신호선의 바깥쪽에 형성되고,
    상기 더미 소스 신호선은, 최외곽의 소스 신호선의 바깥쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  17. 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치에 있어서,
    제1 화소 전극과 제2 화소 전극을 각각 포함하는 다수의 화소들;
    상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 또는 연결 해제하는 다수의 제1 스위치들; 및
    상기 제1 스위치들을 제어하여, 상기 표시 기능과 상기 터치 기능을 교번적으로 수행하는 드라이브 IC 를 포함하되,
    상기 드라이브 IC는, 표시 기간 동안, 상기 제1 스위치들을 온시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결하고, 터치 기간 동안, 상기 제1 스위치 소자들을 오프시켜, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극을 연결 해제하고,
    상기 터치 기간 동안, 상기 제1 화소 전극을 이용하여 지문 인식을 수행하는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 화소 전극은, 상기 제1 화소 전극과 연결시, 스토리지 커패시터를 형성하고, 상기 제1 화소 전극과 연결 해제시, 상기 스토리지 커패시터를 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 드라이브 IC는, 상기 터치 기간 동안, 상기 제1 화소 전극을 이용하여, 적어도 2 개 이상의 손가락에 대해 동시에 지문 인식을 수행하는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 지문 인식은, 상기 화소들이 배치된 디스플레이 영역 전체에서 수행되는 것을 특징으로 하는 표시 및 터치 기능을 갖는 통합 표시 장치.
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